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De l'ADN pour construire des nanostructures

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Obliger des particules microscopiques à s'assembler d'elles-mêmes : c'est ce qu'ont réussi à faire des chercheurs américains en utilisant des brins d'ADN, ce champion de l'autoassemblage.

Mathew Maye veut que des nanomachines se fabriquent toutes seules dans ses éprouvettes, à la manière d’une réaction chimique. © Brookhaven National Laboratory

« On sait synthétiser des nanoparticules avec telles ou telles propriétés optiques, catalytiques ou magnétiques. Mais elles se présentent habituellement sous forme d'une suspension dans une solution. Pour devenir une structure fonctionnelle, elles doivent ensuite être organisées d'une manière précisément contrôlée en trois dimensions ou sur une surface. Nous voulons que les particules fassent ce travail elles-mêmes. »

Mathew Maye, qui résume ainsi les recherches de son équipe du Brookhaven National Laboratory (New York), a réussi ce tour de force en sous-traitant la fabrication de nanostructures... à des brins d'ADN. Ces ouvriers microscopiques ont assuré l'assemblage de minuscules particules d'or, ouvrant une nouvelle voie pour les nanotechnologies. Ce procédé original et prometteur vient d'être présenté aux dernières rencontres de la Société américaine de chimie, un événement annuel où il se passe toujours quelque chose d'intéressant.

De l’ADN pour coller les pièces du puzzle

Sur le papier, le principe est simple. De courts brins d'ADN sont tout d'abord synthétisés, présentant certaines successions de leurs bases (au sens chimique du terme), qui sont au nombre de quatre, l'adénine, la thymine, la guanine et la cytosine. Pour ceux qui auraient oublié leurs cours de biologie, rappelons que dans une molécule naturelle d'ADN, l'ordre de ces bases (notées A, T, G et C) constitue le code génétique. Ce sont également ces bases qui assurent l'appariement  des deux brins de la double hélice, l'adénine se liant à la thymine et la guanine à la cytosine.

Les chercheurs ont ensuite fixé ces brins sur des particules d'or (ils semblent s'y adsorber facilement). Chaque morceau d'ADN va alors s'apparier avec un autre brin dont le code sera complémentaire (un A en face d'un T, un G en face d'un C). Comme les pièces d'un puzzle, les particules d'or, recouvertes de leurs brins d'ADN, vont se fixer les unes aux autres d'une seule et unique manière. Si l'on s'y prend bien, on peut ainsi provoquer l'auto-assemblage des particules en une structure à la forme voulue.

L'équipe de Mathew Maye n'a pour l'instant rien fabriqué de concret. Mais les scientifiques ont appris à maîtriser la technique. En utilisant de multiples formes d'ADN, ils ont pu contrôler la vitesse d'assemblage des particules et, récemment, à obtenir des agrégats de tailles variées. Différents procédés (microscopie optique, électronique et analyse aux rayons X) leur ont permis de visualiser leurs minuscules créations et de progresser ainsi par essais et tâtonnements.

Encore un petit effort et on saura fabriquer des nanomachines en poudre qui n'auront besoin que d'un peu de solvants pour devenir fonctionnelles !

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