Projet ANR-14-CE06-0021 – INTEGRATIONS : Mouvements intégrés de machines et moteurs moléculaires
Programme : Défi de tous les savoirs (DS10) 2014
Année de financement : 2014
Coordinateur du projet : Monsieur NICOLAS GIUSEPPONE (Institut Charles Sadron - UPR 22)
Partenaires : Laboratoire public; Laboratoire Matière et Systèmes Complexes
Montant : 399460.0 euros
Date de début : 2014
Durée : 60 mois
Résumé : Une des propriétés les plus intéressantes des systèmes vivants est leur capacité à générer des mouvements moléculaires collectifs pour produire des réponses au niveau macroscopique. Par exemple, dans les tissus musculaires, les mouvements coordonnés de milliers de têtes de myosines conduisent au glissement de filaments épais de myosine le long de filaments d’actine pour produire une contraction coopérative du sarcomère. Dans ce cas particulier, le glissement individuel des protéines a lieu sur une distance de 10 nm, alors que le mouvement de translation intégré produit une contraction de 1 µm du sarcomère ; ces derniers sont ensuite eux-mêmes couplés entre eux jusqu’à la production d’un mouvement macroscopique. La synthèse de machines et de moteurs moléculaires artificiels est donc d’un intérêt central pour les chimistes et les physiciens qui souhaitent mimer leurs équivalents biologiques avec l’objectif à long terme de mettre au point des matériaux fonctionnels dynamiques via l’assemblage de briques de base moléculaires (approche dite « bottom-up »). Cependant, un des aspects les plus fondamentaux et les plus difficiles à réaliser associés aux nano-machines a trait à leur couplage (dans l’espace et dans le temps) avec pour but de transférer leur mouvement du domaine moléculaire aux échelles macroscopiques. Récemment, nous avons publié une découverte scientifique importante montrant la possibilité de coupler plusieurs milliers de machines moléculaires et d’amplifier par quatre ordres de grandeur leur mouvement mécanique, c’est-à-dire du nanomètre à la dizaine de micromètres. En se fondant sur ce résultat novateur, nous proposons maintenant d’intégrer des mouvements linéaires et de rotations produits par des nano-machines en les combinant à la chimie des polymères et à la chimie supramoléculaire, et dans le but ultime de franchir les derniers ordres de grandeur jusqu’à l’échelle macroscopique. En particulier, nous souhaitons développer deux types de nano-machines : la première qualifiée de « nano-switch » et fonctionnant à l’équilibre thermodynamique, et la seconde pouvant être considérée comme un véritable nano-moteur et qui fonctionnera hors équilibre grâce à l’énergie lumineuse. Ce travail sera développé grâce à une collaboration entre chimistes de synthèse, physiciens expérimentateurs et théoriciens. En utilisant un savoir et des techniques de pointe dans chacun de ces domaines, une telle synergie nous permettra de caractériser et de comprendre dans leur ensemble les nouveaux systèmes chimiques développés, de l’échelle moléculaire à l’échelle macroscopique. Ce projet a pour but de mener à la première mise en œuvre de nano-machines dans des matériaux et des dispositifs à base de polymères, avec la production d’un travail mécanique utile à nos échelles.