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Le groupe Freigeist de l’Université technique de Dresde, dirigé par la chimiste Juliane Simmchen, a étudié un comportement impressionnant des micro-nageurs synthétiques : dès que ces particules photocatalytiques quittent une zone éclairée, elles se retournent indépendamment et nagent à nouveau dans la lumière.

Des particules qui suivent la lumière

Juliane Simmchen, étudie avec son groupe de recherche pluridisciplinaire junior le mouvement des micro-nageurs synthétiques dans les liquides. Son objectif est de permettre à ces microparticules inanimées, de se déplacer d’elles-mêmes dans une certaine direction et donc, à l’avenir, d’être utilisées dans la technologie des capteurs ou le nettoyage biologique. « En fait, c’est un peu comme jouer à des jeux informatiques en laboratoire », décrit la chimiste.
Le groupe Simmchen travaille sur les particules dites « de Janus ». Celles-ci consistent en un corps de dioxyde de titane dont les deux faces sont revêtues différemment : une face avec une couche catalytiquement active de nickel et d’or, l’autre face n’est pas traitée. Le dioxyde de titane est utilisé comme agent de blanchiment, mais il réagit également à la lumière. Ainsi, ces particules de Janus sont photocatalytiques, ce qui signifie que dès que la lumière les frappe, des réactions chimiques se produisent et déclenchent un mouvement.

Elles se déplacent comme des micro-organismes vivants

Le groupe a maintenant observé et analysé un phénomène extrêmement inhabituel dans le mouvement de ces particules de Janus : dès qu’elles quittent une zone éclairée dans le microscope, elles se retournent d’elles-mêmes et reviennent à la nage – un comportement qui n’est en fait connu que des micro-organismes vivants. Mais comment un comportement aussi complexe peut-il être déclenché dans les micro-nageurs synthétiques ?
Le premier auteur, Lukas Niese, et le Dr Simmchen ont pu montrer que tant que ces particules sont actives dans la lumière, leur direction de nage est stabilisée par une combinaison d’effets physico-chimiques. Dès que ces particules ne sont plus exposées à la lumière, il n’y a plus de conversion d’énergie et la direction du mouvement n’est plus stable. « Dans ce cas, explique Lukas Niese, le mouvement thermique naturel (mouvement brownien) s’installe. Ces particules se retournent alors virtuellement, puis retournent dans la zone exposée ».

Pour transporter des médicaments dans le corps

« Le fait que des effets aussi simples que le mouvement brownien puissent conduire à un comportement aussi complexe était assez étonnant et impressionnant, surtout en matière d’évolution et de développement des capacités. Nous pourrions utiliser cette propriété pour le contrôle ciblé des microrobots. On peut imaginer des applications dans lesquelles ces particules filtrent et éliminent les polluants des liquides ou transportent des médicaments dans le corps, et peut-être même des informations », explique le Dr Simmchen, en expliquant la signification de cette découverte.
Cette recherche a été publiée dans Soft Matter.
Source : Dresden University of Technology
Crédit photo sur Unsplash : Science in HD