Levende systemen hebben het vermogen om collectieve moleculaire bewegingen te produceren die een effect hebben op macroschaal, zoals een spier die samentrekt via de gezamenlijke actie van eiwitmotoren. Om dit fenomeen te reproduceren, een team van CNRS's Institut Charles Sadron onder leiding van Nicolas Giuseppone, professor aan de Université de Strasbourg, heeft een polymeergel gemaakt die kan samentrekken door de werking van kunstmatige moleculaire motoren. Wanneer geactiveerd door licht, deze motoren op nanoschaal draaien de polymeerketens in de gel, die daardoor enkele centimeters samentrekt. Een ander voordeel is dat het nieuwe materiaal de geabsorbeerde lichtenergie kan opslaan. Dit artikel is gepubliceerd in Natuur Nanotechnologie van 19 januari 2015.

In de biologie, moleculaire motoren zijn zeer complexe eiwitassemblages die werk kunnen produceren door energie te verbruiken:ze nemen deel aan fundamentele biologische functies zoals het kopiëren van DNA en eiwitsynthese, en liggen ten grondslag aan alle bewegingsprocessen. individueel, deze motoren werken alleen over afstanden in de buurt van een nanometer. Echter, wanneer miljoenen van hen zich aansluiten, kunnen ze op een volledig gecoördineerde manier werken, en hun actie kan een effect hebben op macroschaal.

Chemici hebben tientallen jaren geprobeerd dit soort beweging te produceren met behulp van kunstmatige motoren. Om dit te behalen, de onderzoekers van het Institut Charles Sadron vervingen de verknopingspunten van een gel, die de polymeerketens met elkaar verknopen, door draaiende moleculaire motoren bestaande uit twee delen die ten opzichte van elkaar kunnen draaien wanneer ze van energie worden voorzien. Voor de eerste keer, ze slaagden erin om de motoren op een gecoördineerde en continue manier te laten werken, tot op macroschaal:zodra de motoren door licht worden geactiveerd, verdraaien ze de polymeerketens in de gel, waardoor het contracteert.

Net als in levende systemen, de motoren verbruiken energie om continue beweging te produceren. Echter, deze lichtenergie wordt niet volledig afgevoerd:het wordt omgezet in mechanische energie door het draaien van de polymeerketens, en bewaard in de gel. Als het materiaal langdurig aan licht wordt blootgesteld, de hoeveelheid energie in de samentrekking van de polymeerketens wordt erg hoog, en kan zelfs een plotselinge breuk van de gel veroorzaken. De onderzoekers van Institut Charles Sadron proberen daarom nu te profiteren van deze nieuwe manier om lichtenergie op te slaan, en op een gecontroleerde manier hergebruiken.