Un poisson des grands fonds a inspiré les chercheurs à développer une machinerie supramoléculaire alimentée par la lumière

“Certains poissons des grands fonds ont développé des molécules ressemblant à des antennes, capables d’absorber des photons dans la gamme de longueurs d’onde rouges, dont l’abondance à de grandes profondeurs est proche de zéro. Après avoir absorbé un photon, cette molécule d’antenne transfère son énergie à la molécule rétinienne voisine, ainsi induisant son changement conformationnel à partir du cis à trans-rétinien. Dans les systèmes synthétiques, un tel processus permettrait d’utiliser la lumière à faible consommation d’énergie pour des applications telles que le stockage d’énergie ou la libération contrôlée de médicaments”, explique l’auteur principal du travail, le professeur Rafal Klajn de l’Institut scientifique Weizmann.

Inspirés par ce phénomène, les chercheurs ont développé une machine supramoléculaire supérieure capable de convertir efficacement des molécules photocommutables synthétiques largement utilisées – les azobenzènes – de la conformation stable à la conformation métastable avec presque toutes les longueurs d’onde de la lumière visible. L’approche comprend une cage organométallique remplie d’une molécule d’azobenzène et d’une molécule d’antenne absorbant la lumière, le sensibilisateur. En confinement étroit à l’intérieur de la cage supramoléculaire, des processus chimiques qui n’auraient pas lieu dans des conditions normales deviennent possibles.

“Un problème courant des azobenzènes est qu’ils ne peuvent pas subir efficacement une photocommutation du milieu stable. trans forme au métastable cis se forment sous la lumière rouge et proche infrarouge à faible énergie, mais le processus doit être piloté par la lumière UV. Cela limite considérablement leurs applications dans des domaines tels que la photocatalyse ou la photopharmacologie. Désormais, en utilisant l’approche de mise en cage supramoléculaire, nous pouvons atteindre des résultats presque quantitatifs. trans-à-cis isomérisation avec n’importe quelle couleur de la gamme visible”, déclare le Dr Nikita Durandin, chercheur à l’Académie de Finlande dans le groupe de chimie supramoléculaire des bio et nanomatériaux, qui travaille sur des approches de sensibilisation à l’Université de Tampere depuis 7 ans.

“Des études spectroscopiques résolues en temps réalisées à l’Université de Tampere ont révélé que les processus photochimiques déclenchant l’isomérisation se produisent très rapidement, de l’ordre de la nanoseconde. En d’autres termes, près d’un milliard de fois plus vite qu’un clignement des yeux”, poursuit le Dr Tero-Petri Ruoko. , Marie Sklodowska-Curie Fellow du groupe Smart Photonics Materials et experte en spectroscopie ultrarapide.

“Une fois que vous éclairez cette cage supramoléculaire, elle convertit rapidement presque tout le trans isomères en cis isomères. Un simple mélange de composants et de lumière correspondant au profil d’absorption du sensibilisateur suffit à faire fonctionner cette machine”, ajoute-t-il.

Selon le professeur Arri Priimägi, chef du groupe Smart Photonics Materials spécialisé dans les matériaux photoactifs, l’étude présente une nouvelle approche pour activer des molécules photosensibles avec une lumière de faible énergie, les poussant hors de leur équilibre thermodynamique en utilisant une chimie qui n’a lieu que sous confinement.

Il a fallu des millions d’années d’évolution pour que l’œil des poissons des grands fonds émerge. Forts de cela, les recherches menées par le groupe de Rafal Klajn ont étendu ces concepts aux matériaux synthétiques en moins de 5 ans.

“Nous travaillons déjà sur la prochaine génération de machines supramoléculaires actionnées par la lumière, dans le but d’appliquer les méthodologies développées à la robotique douce et aux systèmes d’administration de médicaments activés par la lumière”, conclut Priimägi.