L'ADN pourrait organiser des nanoparticules dans des matériaux qui manipulent la lumière de nouvelles façons

Lorsqu'un long brin d'ADN est mélangé avec des brins plus courts conçus pour s'accrocher à la pièce la plus longue à des endroits spécifiques, ces brins plus courts peuvent agir comme des entretoises reliant les parties du brin le plus long ensemble, le forçant à s'auto-assembler en un tridimensionnel. forme.

Les biochimistes ont utilisé cet origami d'ADN pour créer des formes complexes, notamment des cubes, des visages souriants et même des cartes approximatives de la Chine et des Amériques.

Mais ce n'est que le début. L'origami d'ADN a le potentiel de fabriquer une large gamme de dispositifs à l'échelle moléculaire. Les biochimistes ont commencé à jouer avec des enzymes artificielles, des systèmes d'administration de médicaments et peut-être même des nanorobots capables d'explorer le corps.

Les physiciens ont également commencé à explorer le potentiel de la technologie. Aujourd'hui, Chao Zhou de l'Institut Max Planck pour les systèmes intelligents en Allemagne et quelques collègues examinent la façon dont l'origami ADN peut créer des métamatériaux exotiques qui manipulent la lumière d'une manière impossible avec des matériaux conventionnels. Ils montrent également comment créer des structures d'ADN qui changent de forme et qui peuvent agir comme des interrupteurs et même traverser des surfaces.

Ces dernières années, les physiciens ont commencé à étudier en détail la façon dont les photons interagissent avec la mer d'électrons dans les conducteurs métalliques. Les photons qui s'écrasent dans cet océan plasmonique créent des vagues à sa surface, comme un impact d'astéroïde dans les océans de la Terre.

Ces ondes transportent des informations qui peuvent être manipulées de diverses manières. En plus d'absorber la lumière, l'océan plasmonique peut la diffuser et y transférer des informations.

Il n'est donc pas difficile de comprendre pourquoi la plasmonique est une discipline émergente passionnante pour le traitement et la communication de l'information. Mais il en est encore à ses balbutiements en raison d'un certain nombre de défis, dont le moindre n'est pas l'échelle nanométrique à laquelle il se produit. Créer et manipuler des structures métalliques à cette échelle est difficile.

C'est là que l'origami ADN entre en jeu. L'idée est d'attacher des nanoparticules métalliques ou des nanotiges à un brin d'ADN, puis de l'assembler en une forme spécifique qui ancre les nanoparticules en place.

Divers groupes, dont Zhou and co, l'ont fait en utilisant des nanoparticules d'or et des nanotiges fixées à des tubes d'ADN pour créer des structures hélicoïdales. Ils roulent ensuite ces tubes en anneaux.

Parce que les hélices peuvent être droites ou gauches, elles interagissent avec la lumière polarisée circulairement de différentes manières. Et cela fournit un moyen de les interroger de manière sélective.

Ces anneaux ont des propriétés optiques très spécifiques, comme la capacité d'interagir avec la lumière polarisée dans une direction ou une autre. De plus, de petits changements dans leur forme peuvent modifier considérablement ces propriétés, car ils rapprochent ou éloignent les nanoparticules.

Avec de nombreuses molécules en solution, l'équipe peut surveiller ces changements en analysant la lumière lors de son passage. Par exemple, la modification du pH modifie la structure des molécules d'une manière qui peut modifier l'indice de réfraction de la solution. De la même manière, ces structures peuvent détecter des changements de température, de concentration en ions ou de champs magnétiques, ainsi que la présence d'autres molécules actives.

La lumière elle-même peut modifier la configuration des molécules, les faisant passer d'une forme à une autre. Cela conduit à des nanostructures programmables dont les formes peuvent être modifiées en les zappant de lumière. Ces molécules ont un énorme potentiel pour les circuits nanophotoniques et les portes logiques.

Les molécules à changement de forme ouvrent la perspective d'autres dispositifs. Les cellules vivantes sont remplies de machines moléculaires qui peuvent marcher le long de structures à l'intérieur de la cellule, telles que les microtubules. Ces machines comprennent des moteurs moléculaires tels que la kinésine et la dynéine.

Les structures plasmoniques constituées de nanotiges d'or peuvent changer de forme de la même manière, leur permettant également de marcher. En effet, Zhou et co ont créé et testé de tels marcheurs plasmoniques dans leur laboratoire en utilisant des nanotiges comme jambes.

Le système de marcheur plasmonique consistait en une piste d'origami d'ADN à double couche, une nanotige d'or comme marcheur et une autre nanotige d'or comme stator, disent-ils.

Tout cela est un travail de preuve de principe avec des perspectives passionnantes. La vision est que ces machines conduiront à une nouvelle génération de capteurs et d'actionneurs biologiques extrêmement sensibles qui pourraient même être capables de fonctionner à l'intérieur du corps. Ils pourraient également conduire à des surfaces et des circuits fonctionnels avec des propriétés qui peuvent être allumées et éteintes avec de la lumière. Il y a beaucoup de place pour des explorations pour faire avancer ce domaine multidisciplinaire passionnant, disent Zhou et co.

Il y a aussi beaucoup de défis. L'un des problèmes est que les structures de l'ADN se décomposent rapidement, il sera donc important de trouver des moyens de les rendre plus stables. Une autre est que les effets quantiques entrent en jeu lorsque les nanoparticules et les nanorods sont placés très près les uns des autres. Les caractériser sera également important.

Et tandis que la plupart de ces effets optiques sont le résultat de l'interaction de la lumière avec le métal, une question intéressante est de savoir si les molécules d'ADN elles-mêmes peuvent interagir avec la lumière et si oui, comment cela peut être exploité.

Pour les biochimistes, les physiciens et les ingénieurs, c'est un domaine à surveiller.

Réf : arxiv.org/abs/1803.06753 : Plasmonique chirale activée par la nanotechnologie de l'ADN : du statique au dynamique

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