Les nanostructures moléculaires peuvent être activées par ultrasons

Une découverte révolutionnaire dans le domaine de la nanotechnologie a émergé de l'Université Heinrich Heine de Düsseldorf (HHU), où des scientifiques ont démontré que des nanostructures moléculaires complexes peuvent être activées, désassemblées et même réassemblées de manière sélective à l'aide d'ultrason.

Au cœur de cette recherche se trouve le concept de cages supramoléculaires - des structures tridimensionnelles formées par des composants moléculaires auto-assemblés. Ces cages sont prometteuses pour une variété d'applications, allant de la fonction de chambres de réaction moléculaires au service de véhicules de livraison de médicaments. Cependant, bien que l'assemblage de ces structures ait été bien établi, les briser sélectivement est resté un défi. L'équipe HHU a résolu ce problème en attachant des chaînes polymères flexibles à des cages moléculaires construites autour de l'élément palladium. Ces chaînes polymères fonctionnent de la même manière que des cordes microscopiques, transmettant des forces mécaniques lorsqu'elles sont exposées aux ondes ultrasonores.

Ce processus permet de briser des liaisons spécifiques à l'intérieur de la structure, ouvrant ainsi la cage de manière contrôlée. Le Dr Bernd M. Schmidt, qui a dirigé une partie de la recherche de l'Institut de chimie organique et de chimie macromoléculaire, a souligné l'importance de cette percée. "Les molécules auto-assemblées sont souvent décrites comme des systèmes dynamiques", a-t-il déclaré. "Jusqu'à présent, il n'existait aucune méthode d'intervention mécanique dans ces processus".

En plus de simplement démonter les structures, les chercheurs ont constaté que, dans des conditions appropriées, les systèmes activés pouvaient être complètement réassemblés. Cette nature réversible du processus ajoute une autre couche de contrôle sur les systèmes moléculaires, les rendant adaptables à diverses applications.

Tim David, l'un des auteurs principaux, a expliqué que cette expérience servait de modèle pour démontrer comment les forces mécaniques peuvent être exploitées pour livrer des charges moléculaires à partir de nanostructures supramoléculaires. " Cela ouvre des perspectives intéressantes à long terme pour le développement de systèmes de transport intelligents ", a-t-il noté.

Étant donné la taille et la complexité des systèmes étudiés - allant de centaines à plus de quatre mille atomes - les simulations nécessitaient une modélisation très précise des interactions atomiques.

Cette approche a permis des simulations plus rapides par rapport aux calculs chimiques quantiques conventionnels tout en maintenant une précision suffisante pour représenter les réactions chimiques qui se produisent pendant le démontage et le remontage des nanostructures. Les implications de cette recherche vont au-delà de la médecine. La capacité de contrôler les structures moléculaires à l'aide des ultrasons pourrait influencer des domaines tels que la science des matériaux, l'ingénierie environnementale et la nanoélectronique. À mesure que la technologie mûrit, elle peut conduire à la création de matériaux intelligents qui répondent dynamiquement à leur environnement, offrant de nouvelles possibilités dans des contextes industriels et biologiques.

Les chercheurs s'attendent à une exploration plus approfondie de l'ensemble des applications de cette technique. Les études futures se concentreront probablement sur l'amélioration de la précision de l'activation par ultrasons, l'expansion des types de structures moléculaires pouvant être manipulées et l'exploration d'utilisations supplémentaires dans la distribution de médicaments et d'autres domaines.