Et si les mystères infinis du monde naturel étaient reproduits à l’échelle microscopique ? Ce serait une prouesse scientifique qui pourrait bouleverser notre compréhension du mouvement cellulaire.
Un groupe de chercheurs a conçu un système qui mime les mouvements de phénomènes naturels comme les ouragans et les algues, en utilisant des faisceaux laser et la rotation de rotors microscopiques.
Le projet de recherche et ses implications
Les résultats, publiés dans la revue Nature Communications, ouvrent de nouvelles perspectives sur la manière dont la matière vivante peut être reproduite à l’échelle cellulaire.
« Les organismes vivants sont constitués de matériaux qui pompent activement de l’énergie à travers leurs molécules, produisant une variété de mouvements à une échelle cellulaire plus large« , explique Matan Yah Ben Zion, étudiant en doctorat au département de physique de l’Université de New York lors des travaux et l’un des auteurs de l’article.
Il poursuit, « En concevant des machines à l’échelle cellulaire dès le départ, notre travail peut offrir de nouvelles perspectives sur la complexité du monde naturel« .
Un focus sur les flux vorticaux
La recherche se concentre sur les flux vorticaux, présents aussi bien dans les systèmes biologiques que météorologiques, comme les algues ou les ouragans. Plus précisément, les particules entrent en mouvement orbital dans le flux généré par leur propre rotation, entraînant une gamme d’interactions complexes.
Pour mieux comprendre ces dynamiques, les auteurs de l’article ont cherché à les reproduire à leur niveau le plus élémentaire. Pour ce faire, ils ont créé de minuscules micro-rotors – environ 1/10ème de la largeur d’un brin de cheveux humain – pour déplacer des microparticules à l’aide d’un faisceau laser (ce processus a été conçu par Paul Chaikin, professeur de physique à l’université de New York et ses collègues dans un travail précédent.)
Découvertes et perspectives futures
Les chercheurs ont découvert que les particules en rotation se sont mutuellement influencées pour entrer en mouvement orbital, avec des similarités frappantes aux dynamiques observées par d’autres scientifiques dans les « danses » d’algues – des groupements d’algues qui se déplacent en concert les uns avec les autres.
De plus, l’équipe de NYU a constaté que les spins des particules se réciproquaient au fur et à mesure que les particules orbitaient.
Les spins des particules synthétiques se réciproquent de la même manière que ceux observés chez les algues – contrairement aux travaux précédents avec des micro-rotors artificiels », explique Ben Zion, maintenant chercheur à l’Université de Tel Aviv. « Nous avons donc pu reproduire synthétiquement – et à l’échelle du micron – un effet observé dans les systèmes vivants« .
Collectivement, ces découvertes suggèrent que la danse des algues peut être reproduite dans un système synthétique, établissant mieux notre compréhension de la matière vivante », ajoute-t-il.
En synthèse
Cette recherche innovante révèle un monde d’opportunités pour comprendre de manière plus approfondie la complexité du mouvement à l’échelle cellulaire. L’observation et la reproduction des mouvements de phénomènes naturels à une échelle microscopique pourraient éclairer les intrications du monde biologique et même avoir des répercussions dans des domaines aussi variés que la médecine ou l’ingénierie des matériaux.
La recherche a été soutenue par des subventions du ministère de l’énergie (DE-SC0007991, SC0020976).
Article : Couplage hydrodynamique spin-orbite dans les micro-rotors asynchrones à entraînement optique – DOI: 10.6084/m9.figshare.22294690
