Les navettes moléculaires ouvrent la voie à l’électronique du futur

Véritable machine à l’échelle moléculaire, une nouvelle navette moléculaire qui pourrait avoir des applications dans de nombreux domaines tels que la biologie, la médecine ou même l’électronique vient d’être conçue par des chercheurs français.

Le domaine des « machines » moléculaires de synthèse a vu le jour il y a une quinzaine d’années. Ces machine dont la conception n’était pas envisageable il y a 25 ans sont des composés dont un fragment peut subir un mouvement de grande amplitude sous l’action d’un signal externe (électrochimique, photonique, chimique, etc.), alors que les autres parties ne seront pas affectées. Si une source d’énergie alimente le système de manière continue et qu’un mouvement périodique en résulte, l’assemblage moléculaire en mouvement pourra être considéré comme une machine autonome. C’est le cas pour la plupart des « moteurs » de la biologie.Les chercheurs du Laboratoire de Chimie Organo-Minérale de l’Institut de Chimie de Strasbourg (CNRS / Université de Strasbourg) ont travaillé sur une molécule appelée un rotaxane faisant partie de la famille des « navettes moléculaires ». La molécule comporte deux constituants : un anneau et un axe qui traverse l’anneau. L’anneau est capable de se déplacer rapidement le long de l’axe, entre deux « stations », à la manière d’une navette de tisserand ou d’un véhicule effectuant un va-et-vient entre deux endroits. Les « navettes » sont particulièrement intéressantes comme modèles de protéines moteurs telles que la kinésine ou le complexe actine-myosine, dont les fonctions sont essentielles, en particulier dans le transport de matière à l’intérieur de la cellule ou dans le fonctionnement des muscles (contraction et allongement).

Une mémoire électronique moléculaire de 160.000 gigabits /cm²

La mise en mouvement se fait par voie électrochimique (oxydation ou réduction d’un atome de cuivre lié au composé). La navette comporte deux stations distinctes dont seules les propriétés géométriques sont différentes. Ces composés seraient capables d’agir comme des navettes dont l’élément mobile (l’anneau dans le cas présent) se déplacerait sur une longue distance (plusieurs nanomètres). Il est ainsi possible de coupler ce processus à un transport de matière (par exemple, à travers une membrane), à condition que l’anneau soit attaché à un récepteur capable de transporter des molécules. De tels processus sont essentiels en biologie et pourraient devenir important en chimie moléculaire.De nombreuses applications sont envisageables. Récemment, des rotaxanes ayant un comportement de navette ont été utilisées pour fabriquer des dispositifs de stockage et de traitement de l’information extrêmement performants en termes de densité de stockage. Les résultats les plus spectaculaires ont été décrits au début de l’année 2007. Les auteurs (Stoddart, Heath et collaborateurs) décrivent une mémoire électronique moléculaire de 160.000 gigabits /cm², dont les capacités de stockage relèvent encore de la science-fiction mais qui semblent bien réelles. Ces molécules ouvrent la voie à une véritable « informatique moléculaire » au niveau nanoscopique dans un domaine se situant à la frontière entre les sciences moléculaires et la fabrication de mémoires électroniques.Par Marc Chabreuil