Oh, ici, il n’y a sans doute pas grand chose à rajouter à ce GIF… On a ici un matériau poreux organique qui a la propriété, pas si courante que cela, d’être phosphorescent (il continue a émettre de la lumière selon le même principe que la fluorescence, mais ce, alors que la source lumineuse l’excitant est éteinte)…
Pour plus de précisions sur le type un peu particulier de matériau ici visualisé (réseau de composés aromatiques liés entre eux par liaisons hydrogène), et l’intérêt concret que peut présenter cette propriété (notamment en détection de dioxygène), le mieux est d’accéder à l’article original…
La cryo-microscopie électronique est une technique d’imagerie particulièrement adaptée aux échantillons issus du vivant, très fragiles. Jacques Dubochet, Joachim Frank et Richard Henderson ont obtenu le prix Nobel de Chimie en 2017 pour avoir développé cette méthode.
Ce Gif en est une illustration remarquable : il s’agit du résultat reconstitué en 3D de l’analyse par cryo-microscopie électronique de la particule qui va former la sous-unité 60S des ribosomes. Composée de plusieurs brins d’ARN et de nombreuses protéines, elle fait l’objet de très nombreuses études, tant le rôle des ribosomes est fondamental dans la biologie moléculaire des êtres vivants.
Regardez au centre de cette structure, le petit composé jaune : c’est en réalité une molécule d’eau, comme toutes les autres (rouges et blanches) qui se déplace au coeur d’un canal membranaire appelé aquaporine. Ce canal a la propriété de ne laisser passer uniquement de l’eau, et molécule après molécule…
Les scientifiques espèrent pouvoir l’utiliser (ou en réaliser des artificielles) pour purifier / dépolluer / désaliniser l’eau impropre à la consommation. Un exemple : des nanotubes de carbone ! (http://science.sciencemag.org/content/357/6353/792)
Peter Agre a reçu en 2003 le Prix Nobel de Chimie pour les avoir découvertes.
(Source du GIF : cette vidéo, à retrouver sur Youtube)
Un exemple : Chalcantithe courbée par quelques contraintes géologiques (Arizona, USA). Essayez de la redresser, et vous la casserez à coup sûr ! pic.twitter.com/uwkBNDuSUz
Ce complexe de cuivre forme des cristaux tellement flexibles qu'on peut en faire des boucles sans les casser, et quand on défait le noeud, ils se remettent sans aucune déformation, à tout droit. Je parle bien ici d'un cristal ! pic.twitter.com/MZJftAuOzL
du Synchroton australien (vous savez, comme l' @ESRF_FR , l'accélérateur de particule qui produit des rayonnements ultra puissants qui permettent de sonder la matière !) pic.twitter.com/iFvXUt3pyR
SANS rupture, du cristal. Vous voulez voir ? Allez, un petit #GifScience ! Oui oui, c'est juste ce petit mouvement, à l'échelle de chaque unité, qui fait la souplesse du cristal ! pic.twitter.com/wFrwbRmEhd
certes, des composés flexibles organiques, et les dérivés du graphène permettent de faire de belles choses aujourd'hui, mais ce serait sans doute plus simple, moins cher, plus stable de rester avec des matériaux cristallins… Pour peu qu'ils soient souples également !!
Comment neutraliser l’acidité du système gastrique efficacement et rapidement ? C’est une question qui se pose non seulement pour les personnes souffrant de remontées acides, mais également les malades prenant des médicaments sensibles aux pH acides.
Ce qu’on voit ici, ce sont des microsphères polymères recouvertes de platine, ouvertes d’un côté, duquel s’échappe du magnésium. Ce magnésium réagit immédiatement avec l’eau acide de l’estomac, libérant du dihydrogène, qui sert de gaz de propulsion, et des ions HCO3⁻, qui neutralise l’acidité.
L’efficacité de ce système, testé sur modèles animaux, montre une neutralisation plus efficace et plus rapide que les médicaments existants actuellement.
L’encapsulation de substances chimiques correspond à créer une paroi autour d’elles, afin de les véhiculer, les manipuler, tout en les protégeant de l’extérieur. On connaît bien ça, avec les gélules de médicaments, les lessives liquides dans de mini-sacs qui se dissolvent directement dans la machine, et avec les billes de jus de framboise pour décorer des assiettes en « cuisine moléculaire »…
Une nouvelle technique a été proposée dans le magazine Science, dont est tiré ce gif : un film polymère est présent en surface du liquide dans lequel tombe un goutte de la substance à encapsuler. L’impact permet de créer ces petits sacs, ultrafins, et très résistants.
Ah ! Le doux parfums des champs de lavande, des mimosas, … des pétunias ! Ces parfums sont simplement liés à l’émission de composés organiques volatiles (COV) par ces plantes.
Les COV, on connaît souvent leur mauvais côté. Nocif, irritant, cancérigènes, ils sont omniprésents, simplement parce que les objets qui nous entourent, par exemple réalisés à l’aide de solvants divers encore souvent présents, relarguent, petit à petit ces composés (on pourra par exemple consulter cette page, de l’ADEME). Mais les COV, sont également issus de la nature, et les végétaux en émettent par exemple pour attirer ou repousser les insectes, qu’ils soient pollinisateurs ou nuisibles.
Les humains ont sélectionné au fil des siècles, les fleurs les plus parfumées… En augmentant ainsi les COV qu’elles émettent ! Par contre, le mécanisme d’émission, lui, reste très mal connu. Et -ouf- on en arrive au sujet de ce Flash… Une équipe internationale a établi les bases de ce mécanisme dans un article paru en juin dans la revue Science.
Petunia hybrida (photo : Anneli Salo)
L’idée préconçue autour de cette émission de COV résidait jusqu’alors en un transport passif de ces composés jusqu’à la surface des feuilles / pétales / etc… des plantes. De là, ils pouvaient s’évaporer jusqu’à nos fosses nasales. Les auteurs montrent dans cette étude que les COV dans la plante Petunia Hybrida ont besoin d’un transporteur trans-membranaire, nommé PhABCG1, pour circuler depuis les cellules jusqu’aux extrémités de la plante. Lorsque ce transporteur est absent, les COV s’accumulent à des niveaux toxiques dans la plante. Même si cette étude n’a été réalisée que sur un seul végétal, il est très probable que ce mécanisme soit très général.
Parmi les transporteurs transmembranaires, ces protéines en forme de tunnel qui permettent à des espèces chimiques de traverser les membranes des cellules, les aquaporines, découvertes en 1992, ont pour rôle de faire circuler sélectivement l’eau, mais sans les ions qui sont dissout dedans. Grâce à une structure qui ressemble à un sablier, les molécules d’eau sont contraintes de circuler les unes à la suite des autres dans le transporteur. Peter Agre et Roderick MacKinnon ont reçu le prix Nobel de Chimie en 2003 pour leur découverte, et l’élucidation de leur structure.
Vidéo disponible en téléchargement ici sur le site officiel des Prix Nobel. Dans cette modélisation, suivez la molécule d’eau colorée en jaune circuler dans l’aquaporine.
Ce type de composé intéresse beaucoup les chimistes pour la fabrication de membranes sélectives, ne laissant passer qu’une sorte de composé, qu’un seul ion, qu’un seul solvant. Les applications sont nombreuses, tant de le domaine énergétique (les batteries haute performance nécessitent de telles membranes), que dans celui de la dépollution, de la dessalinisation de l’eau de mer, etc…
Bon, venons-en au point qui nous intéresse… Qu’est-ce qui est nanométrique, long, creux, et qui fait fantasmer les chimistes ? Les nanotubes de carbone, évidemment !
Jusqu’à présent, l’utilisation de nanotubes de carbone comme transporteurs transmembranaires sélectifs d’eau a été décevante, les ions circulants assez librement à travers. L’idée de l’équipe de scientifiques californiens, menés par Ramya H. Tunuguntla, a été de réduire le diamètre intérieur de nanotubes, en passant de 1,5 nm de diamètre pour les études précédentes à 0,8 nm.
Avec une telle finesse les molécules d’eau sont contraintes, comme pour les aquaporines naturelles, de se mettre en file indienne, plutôt qu’avancer en groupe plus large. Mais grâce aux propriétés hydrophobiques des nanotubes, il existe très peu d’interaction entre les murs du tube, et les molécules d’eau.
à gauche : dans un nanotube large (~ 1,5 nm de diamètre intérieur) les molécules d’eau circulent, reliées entre elles par des liaisons intermoléculaires, en groupe qui occupe tout l’espace. à droite, dans les nanotubes plus fins (~ 0,8 nm) les molécules sont en file indienne, également liées par des interaction intermoléculaires (tiré de l’article de Tunuguntla et al.)
Contrairement à ce qu’on aurait pu imaginer initialement, l’eau circule dix plus vite dans ces nanotubes plus fins que dans ceux plus larges, en raison de cette disposition en file indienne. La vitesse (de 10¹⁰ à 10¹¹ molécules par seconde selon le pH) est également plus grande que dans les aquaporines naturelles, dont les parois internes forment ponctuellement des liaisons intermoléculaires avec les molécules d’eau, ralentissant ainsi leur progression.
La sélectivité ionique est également grandement augmentée : globalement, les anions (ions chargés négativement) ne passent pas, au contraire des cations (chargés positivement), jusqu’à des concentrations plus élevées que celle de l’eau de mer. Pour la désalinisation, cela pourrait éventuellement suffire : les anions et cations se baladant toujours ensemble (or exception causée par exemple par une tension électrique), si l’un des deux ne peut passer, l’autre ne passera pas non plus.
Reste encore beaucoup de travaux avant d’utiliser ces dispositifs pour du véritable dessalement ou de la purification d’eau ou d’ions à grande échelle… Il est cependant tout à fait intéressant de voir que des nanotechnologies pourraient dans le futur faire partie de solutions de dépollution / dessalement dans des installations de taille industrielles.
