Bibliographie & annexes
Présentation
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RÉSUMÉ
L’azobenzène est une molécule photochromique qui sous l’action de la lumière passe d’un état initial appelé trans à un état final appelé cis pour revenir à son état initial. Ces deux états de photocommutation moléculaire en font l’une des molécules les plus utilisées pour les nanotechnologies. Cet article montre comment la lumière est considérée comme un signal de commutation externe idéal pour manipuler les assemblages moléculaires pour construire des systèmes et des machines à l’échelle nanométrique. Les développements futurs de ces systèmes photocommutables dans des applications pratiques ainsi que les challenges existants seront aussi présentés et mis en perspective.
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Régis BARILLÉ : Professeur MOLTECH-Anjou, université d’Angers/UMR CNRS 6200, Angers, France
INTRODUCTION
L’azobenzène ou molécule azo est une molécule qui permet une commu-tation réversible de son système moléculaire par une réaction d’isomérisation donnant deux états différents de la molécule ayant les mêmes atomes mais dans un arrangement différent. Une différence remarquable des spectres d’absorption se fait entre les deux états de commutation par absorption d’un photon. Cette molécule qui change de couleur quand on l’éclaire fait, de plus, partie de la famille des molécules photochromiques. Cette commutation moléculaire se fait principalement en utilisant la lumière comme stimulus mais peut aussi s’activer au niveau de la molécule seule par le courant d’électrons d’une pointe d’un microscope à effet tunnel.
En utilisant les caractéristiques photocommutables particulières de l’azobenzène, une variété de systèmes fonctionnels peut être synthétisée utilisant différents matériaux, des cristaux liquides aux polymères et aux molécules biologiques. Les applications utilisant cette molécule sont nombreuses à tous les niveaux d’échelle de dimension, comme le stockage de données optiques à haute densité, les commutateurs moléculaires pour des membranes photo-activées, les portes logiques photocommandées, les rubans et les surfaces photoélastiques, les nanoparticules pour des encres photoeffaçables, les systèmes électroniques/optiques, les surfaces d’imagerie bio.
Cet article commencera par une brève description de la molécule azobenzène pouvant conduire à des systèmes en solution jusqu’aux matériaux fonctionnels et aux polymères activés par la lumière. Les exemples d’utilisation de cette molécule couvriront aussi bien les domaines de la photonique que la biologie ou l’électronique moléculaire.
Les développements futurs de ces systèmes photocommutables dans des applications pratiques ainsi que les challenges existants seront aussi présentés et mis en perspectives au regard des demandes de miniaturisation et de l’évolution de la nanotechnologie.
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Présentation
Présentation du chromophore azobenzène
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2. Nature, lumière et mouvement
La nature nous offre de prodigieux exemples de molécules et de systèmes biologiques qui, après l’absorption d’un photon, changent d’état par isomérisation induisant des actions photomécaniques d’ampleur micro- ou nanométrique « invisibles » à l’œil nu, ou de plus grande amplitude et cette fois-ci perceptibles.
On peut prendre comme exemple le mécanisme de la vision humaine impliquant au sein des photorécepteurs de la rétine (les bâtonnets et les cônes) un chromophore, le rétinal. Ce chromophore est une molécule dite photoisomérisable. Lorsqu’elle est liée à une protéine, l’opsine, l’absorption de la lumière dans le visible provoque ce même changement de configuration en quelques centaines de femtosecondes. La nouvelle forme plus allongée du chromophore engendre des contraintes stériques dans la poche protéinique qui l’entoure. Ces modifications géométriques conduisent à une cascade de réactions aboutissant au final à la propagation d’un influx nerveux le long du nerf optique jusqu’au système nerveux central. Une régénération du système dans son état initial est ensuite assurée grâce à des enzymes spécifiques.
On peut penser aussi au trèfle à quatre feuilles ou à l’oxalis et la fermeture puis la réouverture au petit matin des feuilles dès les premiers rayons de soleil. Ce phénomène, appelé nyctinastie (du grec nux, « la nuit », et nastos, « resserré ») est gouverné par des variations de luminosité. Par absorption d’un photon, les phytochromes, pigments chlorophylliens entre autres responsables de la photosynthèse, engendrent l’apparition d’une onde de dépolarisation des membranes des cellules introduisant des modifications de concentration intracellulaire et un mouvement d’eau qui rentre ou qui sort de la cellule (modification de la turgescence des cellules de la feuille). Ces variations différentielles de turgescence entre les faces supérieure et inférieure d’un organe qu’il soit fleur ou feuille, se traduisent par un mouvement de repliement ou de déploiement de ces organes.
L’azobenzène est décrit pour la première fois en 1834 par E. Mitscherlich ...
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Nature, lumière et mouvement
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - MITSCHERLICH (E.) - * - Ann. Pharm., 12, p. 311-314 (1834).
-
(2) - NOBEL (A.) - * - Ann. der Chemie und Pharmacie, 98(2), p. 253-256 (1856).
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(3) - GRIESS (J.P.), LIEBIGS (J.) - * - Ann. Chem., 121, p. 258 (1862).
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(4) - HARTLEY (G.S.) - The cis-form of azobenzene. - Nature, 140, p. 281 (1937).
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(5) - ELSON (L.A.), WARREN (F.L.) - * - Biochem J., 38(3), p. 217-220 (1944).
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(6) - RAU (H.) - Photoisomerization of azobenzènes. - In Photochemistry and Photophysics, RABEK (J.F.), Ed., CRC Press : Boca Raton. FL, États-Unis, vol. 2, p. 119-142 (1990).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
BARILLÉ (R.). – Brevet CNRS 05517-01_68307 Co-ownershipproposal Wroclaw University of Technology. Procédé de détection de conditions de turbulence utilisant l’interaction d’un faisceau laser avec un film mince photochromique et dispositif mettant en œuvre ledit procédé (2012).
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