Le vendredi 12 septembre 2025,  Maxime LEDENT présentera l'examen en vue de l’obtention du grade académique de Docteur en Sciences (Collège de doctorat en Chimie) sous la direction d'Anne-Sophie DUWEZ.

Cette épreuve consistera en la défense publique d’une dissertation intitulée :

« Exploration of Individual Light-Driven Rotary Molecular Motors by Single-Molecule Force Spectroscopy ».

Le Jury sera composé de :

M. B. LEYH (Président), Mme et MM. D. ALSTEENS (UCLouvain), A.-S. DUWEZ (Promotrice), Y. GISBERT (Université de Rennes) (Secrétaire), N. GIUSEPPONE (Université de Strasbourg), B. IBARRA (Instituto Madrileño de Estudios Avanzados en Nanociencia).

Abstract

Molecular machines are a particular class of molecules that perform a controlled motion upon external stimulus. Among these machines, the remarkable subclass of molecular motors can dissipate energy through a net directional motion. In biology, nanomotors are essential for crucial linear movements, like those that power muscle contractions and cellular functions. Over the past few decades, scientists contributed to the synthesis of artificial molecular motors which operate directional movements using various external energy inputs. A proper understanding of the mechanics of (bio)nanomotors is key to enabling the development of more complex and automated machineries.

In this thesis, we focused on the UV light-driven overcrowded alkene-based artificial rotary molecular motors firstly developed by Ben L. Feringa in 1999. The unidirectional rotation of such motor is well established but an investigation of their mechanical insights at the single molecular scale is still missing. Using atomic force microscopy (AFM)-based single-molecule force spectroscopy, we investigated the mechanical and energetic parameters of their unidirectional rotation under continuous irradiation. We further studied the long-range propagation of the unidirectional movement through the entanglement of two polymer chains, ultimately storing the output work.

Résumé

Les machines moléculaires sont une classe particulière de molécules qui effectuent un mouvement spécifique sous l'effet d'un stimulus externe. Parmi ces machines, la remarquable sous-classe des moteurs moléculaires est capable de dissiper de l'énergie à travers un mouvement directionnel net. En biologie, les nanomoteurs sont essentiels présents pour réaliser des mouvements linéaires cruciaux, comme ceux qui alimentent les contractions musculaires et les fonctions cellulaires. Au cours des dernières décennies, les scientifiques ont contribué à la synthèse de moteurs moléculaires artificiels qui effectuent des mouvements directionnels en utilisant diverses sources d'énergie externes. Une bonne compréhension de la mécanique des (bio)nanomoteurs est essentielle pour permettre le développement de machineries plus complexes et automatisées.
Dans cette thèse, nous nous sommes concentrés sur les moteurs moléculaires rotatifs artificiels basés sur des alcènes fortement encombrés, activés par la lumière UV, et développés pour la première fois par Ben L. Feringa en 1999. La rotation unidirectionnelle de ces moteurs est bien établie, mais une étude de leurs aspects mécaniques à l'échelle d'une seule molécule fait toujours défaut. En utilisant la spectroscopie de force à l'échelle d'une seule molécule basée sur la microscopie à force atomique (AFM), nous avons étudié les paramètres mécaniques et énergétiques de leur rotation unidirectionnelle sous irradiation continue. Nous avons également étudié la propagation à longue distance du mouvement unidirectionnel à travers l'emmêlement de deux chaînes polymères, permettant de stocker le travail résultant de la rotation.