Steve Granick, directeur du Centre IBS pour la matiÚre molle et vivante et le Dr Huan Wang, chercheur principal, rapportent avec 5 collÚgues interdisciplinaires dans le numéro du 31 juillet de la revue Science que les réactions chimiques courantes accélÚrent la diffusion brownienne en envoyant à longue portée ondule dans le solvant environnant.




Les découvertes violent un dogme central de la chimie, selon lequel la diffusion moléculaire et la réaction chimique ne sont pas liées. Observer que les molécules sont stimulées par une réaction chimique est "nouveau et inconnu", a déclaré Granick. "Lorsqu'une material se transforme en une autre en rompant et en formant des liaisons, cela fait en fait des molécules se déplacer as well as rapidement. C'est comme si les réactions chimiques se remuaient naturellement."

Flux d'énergie dans les réactions chimiques

«Actuellement, Mother nature fait un great travail de manufacturing de equipment moléculaires, mais dans le monde naturel, les scientifiques n'ont pas assez bien compris remark concevoir cette propriété», a déclaré Wang. «Au-delà de la curiosité de comprendre le monde, nous espérons que cela pourra pratiquement devenir utile pour guider la réflexion sur la transduction de l'énergie chimique pour le mouvement moléculaire dans les liquides, pour la nanorobotique, la médecine de précision et la synthÚse de matériaux in addition écologiques.

Les ondulations inattendues gĂ©nĂ©rĂ©es par les rĂ©actions chimiques, en particulier lorsqu'elles sont catalysĂ©es (accĂ©lĂ©rĂ©es par des substances non consommĂ©es elles-mĂȘmes), se propagent Ă  longue length. Pour les chimistes et les physiciens, ce travail remet en issue la eyesight des manuels selon laquelle le mouvement molĂ©culaire et la rĂ©action chimique sont dĂ©couplĂ©s et que les rĂ©actions n'affectent que le voisinage immĂ©diat. Pour les ingĂ©nieurs, ce travail montre une nouvelle approche puissante pour concevoir des nanomoteurs au niveau vraiment molĂ©culaire.



Criblant 15 rĂ©actions chimiques organiques, les chercheurs Ă©tudient les rĂ©actions chimiques qui sont des bĂȘtes de somme avec une large application dans les industries de la chimie organique, de la pharmacie et des matĂ©riaux. Par exemple, les rĂ©actions de «clic» aident Ă  assembler des bibliothĂšques de composĂ©s biomĂ©dicaux pour le criblage et la rĂ©action de «Grubbs» utilisĂ©e pour la fabrication de plastique. Leur affect Ă©conomique est majeur. Les estimations indiquent qu'une majoritĂ© de tous les produits fabriquĂ©s nĂ©cessitent une catalyse quelque component dans leur sĂ©quence de output.

Wang a fait remarquer avec enthousiasme: "Maintenant, nous sommes comme un bébé qui fait ses premiers pas et il y a tellement d'opportunités excitantes de faire grandir ce bébé."

Lors de la conception de leur Ă©tude, les chercheurs ont Ă©tĂ© bio-inspirĂ©s en remarquant que le mouvement peut ĂȘtre alimentĂ© par des enzymes et d'autres moteurs molĂ©culaires qui sont rĂ©pandus dans les systĂšmes vivants. Les travaux antĂ©rieurs du Dr Ah-Young Jee dans le mĂȘme centre de recherche l'ont montrĂ©. Mais il n'y avait pas de consensus parmi les scientifiques si ces rapports pouvaient ĂȘtre correctement Ă©tendus en dehors de la biologie. En analysant le problĂšme, les chercheurs ont avancĂ© un argument Ă  haut risque et trĂšs rentable. Ils ont Ă©mis l'hypothĂšse que le phĂ©nomĂšne constituerait une approche pour comprendre les equipment molĂ©culaires dans le monde rĂ©el.

Testant leur hypothÚse, l'équipe a développé de nouvelles procedures analytiques. Le professeur Tsvi Tlusty, un théoricien, a prédit que les catalyseurs dans les gradients de réaction devraient migrer «vers le haut» dans la route d'une diffusivité moindre. Le professeur Yoon-Kyoung Cho, un skilled en microfluidique, a conçu une puce microfluidique sur mesure pour tester cette idée. Le Dr Ruoyu Dong, chercheur, a effectué des simulations numériques par ordinateur. "Notre équipe interdisciplinaire a répondu incroyablement rapidement aux opportunités de recherche grùce à la liberté de recherche de l'Institut coréen des sciences fondamentales", a déclaré Granick.

L'Ă©quipe prĂ©sente des lignes directrices montrant que l'ampleur de l'augmentation de la diffusion dans diffĂ©rents systĂšmes dĂ©pend du taux de libĂ©ration d'Ă©nergie. Ces lignes directrices peuvent ĂȘtre utiles dans la pratique pour estimer l'effet de rĂ©actions non encore testĂ©es. Au-delĂ  de cela, l'Ă©tude est trĂšs utile pour Ă©largir la comprĂ©hension des matĂ©riaux actifs, un terme collectif qui fait traditionnellement rĂ©fĂ©rence Ă  des choses comme les cellules et les micro-organismes.

Granick a conclu: «Le domaine des matiÚres actives, assez nouveau et en croissance rapide, s'enrichit de cette découverte selon laquelle les réactions chimiques se comportent comme des nano nageurs constitués de molécules individuelles qui agitent la soupe de réaction. Le thought de matiÚres actives a montré sa valeur pour contester un dogme central de la chimie. "

Ces résultats ont été publiés dans le numéro du 31 juillet 2020 du journal Science. L'étude a été réalisée au Centre IBS pour la matiÚre douce et vivante par les auteurs Huan Wang, Myeonggon Park, Ruoyu Dong, Junyoung Kim, Yoon-Kyoung Cho, Tsvi Tlusty et Steve Granick.