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En bref : les nanomachines pourront utiliser... des muscles artificiels

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Les nanotechnologies ont besoin de moteurs : comment, en effet, assurer et contrôler les mouvements de ces structures minuscules ? Des chercheurs français proposent une solution : imiter le fonctionnement des fibres musculaires en exploitant les liaisons supramoléculaires.

Gauche et droite : principe de la contraction et de l'extension d'une chaîne polymère télescopique fondée sur l'association supramoléculaire de milliers de nanomachines. 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. Centre : modèle moléculaire de trois nanomachines liées entre elles au sein de la chaîne polymère. © Wiley-VCH Verlag GmbH & Co.KGaA

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 nanomachines protéiques qui ne fonctionnent individuellement que sur des distances de l'ordre du nanomètre (nm). 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 pour la fabrication de nanomachines 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 de l'université de Strasbourg a réussi à synthétiser de longues chaînes polymères incorporant par liaisons supramoléculaires des milliers de nanomachines capables de produire chacune des mouvements télescopiques linéaires de 1 nm. 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'Éric Buhler, physicien spécialiste de la diffusion du rayonnement à l'université Paris Diderot. 

Ces résultats obtenus par une approche biomimétique, et publiés dans la revue Angewandte Chemie International Edition, permettent d'envisager de très nombreuses applications pour la réalisation de muscles artificiels, de microrobots ou pour la conception de matériaux incorporant des nanomachines dotées de nouvelles propriétés mécaniques multiéchelle.