Synthèse et auto-assemblage de moteurs moléculaires aux interfaces

Synthesis and self-assembly of molecular motors at interfaces

• Auteur / Autrice : Wenzhi Wang
• Direction : Emilie Moulin, Nicolas Giuseppone
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie moléculaire- chimie supramoléculaire
• Date : Soutenance le 23/09/2021
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences chimiques (Strasbourg ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Charles Sadron (Strasbourg ; 1985-....)
• Jury : Président / Présidente : Andreea Pasc
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Andreea Pasc, Gad Fuks

Mots clés

Mots clés contrôlés

Anisotropie

Chimie supramoléculaire

Mots clés libres

Moteur moléculaire stimulable par la lumière

Transport d'ions

Rotation hors équilibre

Mouvement collectif

Gel contractile

Actionnement anisotrope

Contraction macroscopique

Light-driven molecular motor

Ion transportation

Out-of-equilibrium rotation

Collective motion

Contractile gel

Anisotropic actuation

Macroscopic contraction

Résumé

Dans cette thèse, nous décrivons deux systèmes basés sur des moteurs moléculaires rotatifs unidirectionnels et stimulables par la lumière. Le premier chapitre reprend l’état de l’art concernant ces machines moléculaires artificielles et leurs principales applications principalement dans le domaine des matériaux. Le deuxième chapitre décrit l’utilisation de nouveaux moteurs moléculaires synthétiques pour le transport sélectif des ions. De par la présence d’éthers couronnes sur leur structure, ces composés démontrent une bonne activité de transport pour les ions alcalins en raison de leurs propriétés d'auto-assemblage, notamment au sein de la membrane. Sous irradiation UV, l'activité de transport est fortement améliorée du fait de la rotation du moteur moléculaire. Une série d'expériences telles que des mesures de fluorescence HPTS et de patch-clamp a été réalisée afin de démonter cette observation sans précédent. De plus, des expériences de contrôle indiquent que la rotation du moteur moléculaire hors équilibre joue un rôle important dans le transport des ions. Le troisième chapitre se concentre sur le mouvement collectif de moteurs moléculaires rotatifs individuels réticulés dans des gels chimiques. Les gels contractiles décrits lors de travaux précédents ont été optimisés et utilisés pour des actionnements macroscopiques et anisotropes comme la levée de poids. Les résultats montrent que de tels gels peuvent subir un actionnement directionnel parfait avec une force élevée. La dernière partie de ce manuscrit est consacrée aux protocoles expérimentaux et aux descriptions de nouveaux produits chimiques.

In this manuscript, we describe two systems based on unidirectional light-responsive rotary molecular motors. The first chapter reviews the state of the art concerning these artificial molecular machines and their main applications, mainly in the field of materials. The second chapter describes the use of new synthetic molecular motors for the selective transport of ions. Due to the presence of crown ethers on their structure, these compounds demonstrate good transport activity for alkali ions due to their self-assembling properties, especially within the membrane. Under UV irradiation, the transport activity is greatly improved due to the rotation of the molecular motor. A series of experiments such as HPTS fluorescence and patch clamp measurements were performed in order to demonstrate this unprecedented observation. In addition, control experiments indicate that the rotation of the out-of-equilibrium molecular motor plays an important role in ion transport. The third chapter focuses on the collective movement of individual rotary molecular motors crosslinked in chemical gels. The contractile gels described previously have been optimized and used for macroscopic and anisotropic actuations such as lifting weights. The results show that such gels can undergo perfect directional actuation with high force. The last part of this manuscript is devoted to experimental protocols and descriptions of new chemicals.