Minuscules interrupteurs, grands effets
Le mécanisme des photocommutateurs décrypté - un potentiel pour la médecine, les matériaux et l'électronique
Une équipe interuniversitaire de l'Université technique de Vienne et de l'Université de Vienne a réalisé un progrès important dans la compréhension de ce que l'on appelle les photo-interrupteurs. Ces minuscules "interrupteurs de lumière" moléculaires changent de structure lorsqu'ils sont exposés à la lumière - un peu comme un interrupteur qui passe de "marche" à "arrêt". Appliqué à la chimie, cela signifie que la molécule passe de sa forme étirée à sa forme diffractée, modifiant ainsi ses propriétés chimiques. La possibilité de faire basculer des molécules de manière ciblée ouvre des perspectives pour des applications en médecine, en science des matériaux et en stockage de données. Les résultats de cette recherche viennent d'être publiés dans la revue spécialisée Angewandte Chemie.
On peut se représenter les photocommutateurs comme des montagnes russes avec deux aiguillages : à gauche, tout va vite, à droite, tout va lentement.
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Comprendre et prédire les commutateurs moléculaires
Pendant longtemps, on ne savait pas pourquoi certaines molécules se comportaient d'une manière ou d'une autre. L'équipe a maintenant pu montrer que même les plus petites modifications chimiques - appelées substituants - sont décisives pour savoir si un photocommutateur est actif pendant quelques secondes seulement ou s'il reste stable sur une longue période. L'équipe s'est concentrée sur la classe de substances des arylazopyrazoles, qui est étudiée depuis un certain temps déjà comme photocommutateur potentiel.
Marko Mihovilovic, doyen de la faculté de chimie technique de l'université technique de Vienne, compare le processus sous-jacent à un tour de montagnes russes : "On peut se représenter cela comme des montagnes russes avec deux aiguillages : Si je tourne à gauche, la molécule change de vitesse rapidement, si je tourne à droite, elle change de vitesse lentement. Seulement, je dois comprendre ce processus pour pouvoir changer de vitesse de manière ciblée".
L'équipe a réussi à comprendre comment cela fonctionne exactement en reliant le modèle théorique de l'université de Vienne et les données expérimentales de l'université technique de Vienne. Ce n'est qu'en combinant les deux approches qu'il a été possible de comprendre et de prédire précisément les temps de commutation.
De nouvelles perspectives grâce à une commande ciblée
Grâce à ces nouvelles connaissances, il a été possible pour la première fois de "tailler sur mesure" de manière ciblée la durée de vie de tels photocommutateurs. C'est un pas décisif vers des applications dans lesquelles les molécules peuvent être activées de manière contrôlée par la lumière. En photopharmacologie notamment - c'est-à-dire pour les médicaments qui ne deviennent efficaces qu'à l'aide de la lumière à l'endroit souhaité dans le corps - cela pourrait aider à réduire les effets secondaires et à contrôler les traitements de manière plus précise. Mais de nouvelles possibilités s'ouvrent également dans l'électronique, où des temps de commutation extrêmement courts sont demandés, ou dans la recherche sur les matériaux, où les matériaux doivent se modifier en appuyant sur un bouton.
"Nous sommes des ingénieurs moléculaires - nous assemblons des molécules de manière à ce qu'elles aient les propriétés souhaitées", explique Mihovilovic. "Si nous comprenons comment les processus de commutation moléculaires se déroulent, nous pouvons contrôler les effets, des plus microscopiques aux plus macroscopiques".
Théorie et expérience se complètent
L'aspect théorique a également joué un rôle décisif. "Seuls les calculs nous permettent de comprendre pourquoi certaines molécules commutent rapidement et d'autres lentement - et comment ces propriétés peuvent être prédites", explique Leticia González, de l'Institut de chimie théorique de l'Université de Vienne. "Il est ainsi possible de développer de manière ciblée de nouvelles molécules avec des propriétés de commutation sur mesure, sans dépendre d'un simple tâtonnement".
En outre, les connaissances ne se limitent pas au domaine de la photopharmacologie, même si c'est le point fort de l'équipe de recherche. En effet, le fonctionnement est le même, qu'il s'agisse de molécules dans des matériaux ou des produits pharmaceutiques. Ce travail est le fruit d'une coopération entre l'Institut de chimie de synthèse appliquée de l'Université technique de Vienne et l'Institut de chimie théorique de l'Université de Vienne. Le projet a été financé par le Fonds autrichien pour la science (FWF).
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Allemand peut être trouvé ici.
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