Dans une récente publication scientifique, des ingénieurs du MIT ont mis en lumière un phénomène surprenant : la formation spontanée de structures chirales à partir de matériaux initialement non chiraux. Cette découverte pourrait révolutionner notre approche de l’ingénierie des matériaux et de la conception de dispositifs optiques.
La chiralité dans les matériaux
La chiralité est une propriété géométrique fondamentale présente dans de nombreux systèmes naturels, de la structure en spirale de l’ADN aux molécules qui composent les médicaments. Jusqu’à présent, la science considérait que la chiralité émergeait de forces et de blocs de construction eux-mêmes chiraux.
Cependant, une étude parue dans Nature Communications bouleverse cette conception. Les chercheurs ont observé des structures chirales dans un cristal liquide, un matériau qui combine les propriétés d’un liquide et d’un solide cristallin, sans présence initiale de chiralité.
Une découverte inattendue
En étudiant les comportements d’un cristal liquide némétique sous diverses conditions de flux, l’équipe du MIT a découvert que, sous un écoulement lent, les microstructures normalement non chiraux s’assemblent spontanément en de grandes structures torsadées et chirales.
La co-auteure de l’étude, Irmgard Bischofberger, professeure associée en génie mécanique au MIT, souligne l’importance de cette découverte : « Cela nous donne un moyen facile de structurer ces types de fluides et, d’un point de vue fondamental, c’est une nouvelle manière dont la chiralité peut émerger. »
Applications potentielles
Les cristaux liquides chirales pourraient être utilisés comme capteurs optiques ou comme échafaudages en spirale pour assembler des structures moléculaires complexes. Leur transformation structurelle modifierait la manière dont ils interagissent avec la lumière, offrant ainsi de nouvelles applications dans le domaine de l’optique.
« Les résultats sont en effet surprenants et intrigants », commente Giuliano Zanchetta, professeur associé à l’université de Milan, qui n’a pas participé à l’étude. « Il serait intéressant d’explorer les limites de ce phénomène. Je considère les motifs chiraux rapportés comme un moyen prometteur de moduler périodiquement les propriétés optiques à l’échelle microscopique ».
« Nous disposons désormais de quelques boutons pour régler cette structure », ajoute Irmgard Bischofberger. « Cela pourrait nous donner un nouveau capteur optique qui interagit avec la lumière de certaines manières. Elle pourrait également être utilisée comme échafaudage pour cultiver et transporter des molécules en vue de l’administration de médicaments. Nous sommes impatients d’explorer ce nouvel espace de phases ».
En synthèse
Cette étude ouvre une voie inédite pour la création de structures chirales à partir de matériaux non chiraux. Elle propose des perspectives fascinantes pour l’ingénierie des matériaux et la conception de nouveaux dispositifs optiques et capteurs.
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Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce que la chiralité ?
La chiralité est une propriété d’un objet qui ne peut pas être superposé sur son image miroir. Les molécules chirales sont essentielles dans de nombreux domaines, notamment la pharmacologie et l’optique.
Comment les structures chirales se sont-elles formées dans l’étude ?
Les structures chirales se sont formées lorsque le cristal liquide némétique a été soumis à un écoulement lent, entraînant l’assemblage spontané des microstructures en motifs torsadés.
Quelles sont les implications de cette découverte ?
Cette découverte suggère qu’il est possible de générer des structures chirales sans recourir à des matériaux ou des forces chiraux, ce qui pourrait simplifier la fabrication de matériaux structurés.
Quelles applications sont envisagées pour ces matériaux ?
Les applications potentielles incluent la création de capteurs optiques et l’utilisation comme échafaudages pour l’assemblage de structures moléculaires dans le domaine pharmaceutique.
Quelle est la prochaine étape pour les chercheurs ?
Les chercheurs envisagent d’explorer davantage cet espace de phase inédit pour développer de nouvelles applications pratiques des structures chirales.
Références
Légende illustration principale : Les ingénieurs du MIT ont observé que les microstructures ordonnées d’un cristal liquide s’assemblent spontanément en de grandes structures torsadées (photo) lorsque le liquide s’écoule lentement.
Article : « Flow-induced periodic chiral structures in an achiral nematic liquid crystal » – DOI: s41467-023-43978-6
