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Un assemblage de nano-machines pour mimer le muscle

Date : 19 octobre 2012

Paris, 19 octobre 2012

Pour la première fois, un assemblage de milliers de nano-machines capables de produire un mouvement de contraction coordonné s’étendant jusqu’à une dizaine de micromètres, à l’instar des mouvements des fibres musculaires, a été réalisé par une équipe de l’Institut Charles Sadron du CNRS. Ces travaux novateurs menés par Nicolas Giuseppone, professeur à l’Université de Strasbourg, et impliquant des chercheurs du Laboratoire de matière et systèmes complexes (CNRS/Université Paris Diderot), valident expérimentalement une approche biomimétique conceptualisée depuis plusieurs années dans le domaine des nanosciences. Ils permettent d’envisager de très nombreuses applications en robotique, en nanotechnologie pour le stockage d’information, dans le domaine médical comme la réalisation de muscles artificiels ou pour concevoir d’autres matériaux incorporant des nano-machines (dotés de nouvelles propriétés mécaniques). Ces travaux viennent de paraître sur le site de la revue Angewandte Chemie International Edition.

La nature fabrique de nombreuses machines dites « moléculaires ». Assemblages de protéines très complexes, elles sont à l’origine de fonctions essentielles du vivant comme le transport d’ions, la synthèse de l’ATP (molécule énergétique) ou la division cellulaire. Nos muscles sont ainsi contrôlés par le mouvement coordonné de ces milliers de nano-machines protéiques qui ne fonctionnent individuellement que sur des distances de l’ordre du nanomètre. Mais en s’associant par milliers, elles amplifient le même mouvement télescopique jusqu’à atteindre notre échelle et ce, de manière parfaitement coordonnée. Même si des progrès fulgurants ont été accomplis ces dernières années par les chimistes de synthèse pour la fabrication de nano-machines artificielles (dont les propriétés mécaniques intéressent de plus en plus chercheurs et industriels), restait le problème de la coordination de plusieurs de ces machines dans l’espace et dans le temps.

C’est désormais chose faite puisque, pour la première fois, l’équipe de Nicolas Giuseppone a réussi à synthétiser de longues chaînes polymères incorporant par liaisons supramoléculaires (1) des milliers de nano-machines capables de produire chacune des mouvements télescopiques linéaires d’un nanomètre. Sous l’influence du pH, leurs mouvements simultanés permettent à l’ensemble de la chaîne polymère de se contracter ou de s’étendre sur une dizaine de micromètres, amplifiant ainsi le mouvement par un facteur 10 000, selon les mêmes principes que ceux utilisés par les tissus musculaires. Les mesures précises de cette prouesse expérimentale ont été effectuées en collaboration avec l’équipe d’Eric Buhler, physicien spécialiste de la diffusion du rayonnement au laboratoire Matière et Systèmes Complexes (CNRS/Université Paris Diderot).

Ces résultats obtenus par une approche biomimétique permettent d’envisager de très nombreuses applications pour la réalisation de muscles artificiels, de micro-robots ou pour la conception de nouveaux matériaux incorporant des nano-machines dotées de nouvelles propriétés mécaniques multi-échelles.

 

Principe de la contraction et de l’extension

© Wiley-VCH Verlag GmbH & Co.KGaA. Reproduced with permission. Cette image est disponible à la photothèque du CNRS, phototheque@cnrs-bellevue.fr
Gauche et droite : Principe de la contraction et de l’extension d’une chaîne polymère télescopique fondée sur l’association supramoléculaire de milliers de nano-machines. Centre : Modèle moléculaire de trois nano-machines liées entre elles au sein de la chaîne polymère.

 

Notes :

(1) Une liaison supramoléculaire est une interaction entre différentes molécules qui ne repose pas sur la liaison chimique traditionnelle dite « covalente » mais sur d’autres types d’interactions dites « faibles », constituant ainsi des édifices moléculaires complexes.

 

Références :

Muscle-like Supramolecular Polymers – Integrated Motion from Thousands of Molecular Machines, G. Du, E. Moulin, N. Jouault, E. Buhler, N. Giuseppone, Angew. Chem. Int. Ed. En ligne le 18/10/2012 (DOI: 10.1002/ange.201206571).


Source : CNRS

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