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

Le système de eyesight, évolué sur des tens of millions d’années, est très complexe. Pour rendre la vision practical sur toute la gamme des longueurs d’onde visibles, la nature utilise une approche chimique supramoléculaire. Le pigment visuel, cis-rétinien, alter de forme lors de la seize d’un photon. Cette transformation de forme s’accompagne de changements dans l’organisation supramoléculaire des protéines environnantes, déclenchant ensuite une cascade d’événements de signalisation chimique qui sont amplifiés et conduisent finalement à une notion visuelle dans le cerveau.

“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 de conformation du cis au trans-rétinien. Dans les systèmes synthétiques, un tel processus permettrait d’utiliser la lumière à faible consommation d’énergie pour des apps, par exemple, dans le stockage d’énergie ou la libération contrôlée de médicaments”, explique l’auteur principal du travail, le professeur Rafal Klajn de l’Institut des sciences Weizmann.

Inspirés par ce phénomène, les chercheurs ont développé une equipment supramoléculaire supérieure capable de convertir efficacement des molécules photocommutables synthétiques largement utilisées – les azobenzènes – de la conformation secure 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 problems normales deviennent possibles.

“Un problème courant des azobenzènes est qu’ils ne peuvent pas subir efficacement une photocommutation de la forme trans stable à la forme cis métastable sous une lumière rouge et proche infrarouge de faible énergie, mais le processus doit être piloté par la lumière UV. Cela limite considérablement leurs apps. ” Dans des domaines tels que la photocatalyse ou la photopharmacologie. Désormais, en utilisant l’approche de mise en cage supramoléculaire, nous pouvons atteindre une isomérisation trans-cis presque quantitative avec n’importe quelle couleur de la plage obvious”, déclare le Dr Nikita Durandin, chercheur à l’Académie de Finlande en chimie supramoléculaire de la bio – et le groupe 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 as well as vite qu’un clignement des yeux”, poursuit le Dr Tero-Petri Ruoko. Marie Sklodowska-Curie Fellow du groupe Wise Photonics Components et experte en spectroscopie ultrarapide.

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

Selon le professeur Arri Priimägi, chef du groupe Good 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 ideas 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.