Nanostructures motorisées par des machines moléculaires activées par la lumière – MONA_LISA

Le projet MONA_LISA vise à concevoir, synthétiser et faire fonctionner efficacement une nouvelle classe de nanostructures mécaniquement actives intégrant des moteurs moléculaires actionnés par la lumière et des nano-propulseurs hélicoïdaux. L’originalité de ce projet ambitieux réside dans l’étude des propriétés mécaniques hors d’équilibre de tels nano-objets afin de comprendre en détail leur comportement dynamique lors de la rotation des moteurs et de contrôler leur propulsion ainsi que leurs changements de taille et de forme.
Le projet sera mené par un consortium pluridisciplinaire unique qui rassemble chimistes de synthèse, physiciens expérimentateurs et théoriciens.
La synthèse des machines moléculaires s’appuiera sur nos études récentes démontrant le couplage des mouvements hors d’équilibre des moteurs moléculaires en mouvements collectifs aux plus grandes échelles et sera adaptée pour concevoir des propulseurs rotatifs actionnés en solution ou à la surface de différents types de nanoparticules et d’auto-assemblages également élaborés au sein du consortium.
Les propriétés de propulsion et de diffusion des machines moléculaires autopropulsées et des nanostructures motorisées (nanoparticules Janus, vésicules, disques nanométriques de tensio-actifs…) seront déterminées en particulier à partir d’expériences de diffusion du rayonnement pointues (lumière, neutrons, rayons X) et de diffusion dynamique de la lumière hétérodyne sous irradiation UV permettant de peser et d’ajuster la balance entre les mouvements d’origine diffusive et balistique.
Les principales caractéristiques des moteurs nanométriques et de leurs assemblages telles que la vitesse de rotation des moteurs, le couple et la force motrice générés et leurs dépendances avec l’intensité d’irradiation, la longueur d’onde, la température ou encore la viscosité du solvant seront établies à partir des données expérimentales et de modèles hydrodynamiques. L’efficacité des propulseurs sera quantifiée théoriquement en fonction de leurs structures moléculaires et des conditions environnementales.
Ainsi, pour chaque système étudié, nous envisageons d’identifier les architectures optimales des moteurs, propulseurs et nanoparticules afin de maximaliser les effets escomptés comme la motricité actionnée par les moteurs ou la diffusion active hors d’équilibre des machines moléculaires autopropulsées.
L’impact du projet MONA_LISA est triple : 1) il pointe la possibilité de transmettre le travail mécanique de moteurs moléculaires artificiels aux nanostructures les intégrant, 2) de produire des objets intelligents capables de s’adapter à leur environnement de manière transitoire et enfin 3) de réaliser le plus petit propulseur au monde présentant des applications potentielles à long terme dans les domaines des nanotechnologies et de la nano-médecine.