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Robots ADN en mouvement
Sa structure précise et sa capacité à se lier à d'autres molécules font de l'ADN un matériau d'échafaudage attrayant pour les chercheurs en nanotechnologie. Les scientifiques ont déjà utilisé l'ADN pour construire des modèles bidimensionnels, des objets tridimensionnels et de simples dispositifs de changement de forme. Aujourd'hui, deux équipes de chercheurs ont réalisé séparément des machines programmables complexes utilisant des molécules d'ADN.
Ligne d'assemblage d'ADN : Une image au microscope à force atomique montre des nanoparticules d'or sur une piste d'ADN.
Des chercheurs de l'Université Columbia, de l'Université d'État de l'Arizona et de Caltech ont conçu un appareil qui suit un chemin programmable sur une surface à motifs d'ADN. Pendant ce temps, des chercheurs de l'Université de New York, dirigés par le pionnier de la nanoarchitecture d'ADN Ned Seeman , ont combiné plusieurs dispositifs ADN pour créer une chaîne de montage. Le nano engin ramasse des nanoparticules d'or lorsqu'il dégringole le long d'une surface à motifs d'ADN.
Les deux machines, décrites dans le La nature journal, sont une avancée possible dans la fabrication de nanorobots à ADN qui pourraient assembler de minuscules dispositifs électriques et mécaniques. Les robots à ADN pourraient également assembler des molécules de nouvelles façons pour fabriquer de nouveaux matériaux, selon Lloyd Smith , professeur de chimie à l'Université du Wisconsin-Madison. Les robots pourraient avoir la capacité de positionner une molécule d'une manière particulière afin qu'une réaction se produise avec une autre molécule, ce qui pourrait ne pas se produire s'ils entrent en collision aléatoirement en solution, dit-il.
Dans le passé, les chercheurs ont fabriqué des machines simples telles que des pinces à épiler et des déambulateurs qui ont également été façonnées à partir d'ADN. Les pincettes s'ouvrent et se ferment en ajoutant des brins d'ADN spécifiques à la solution. Les marcheurs sont des molécules avec des brins pendants, ou pattes, qui se lient et se détachent d'autres brins d'ADN modelés sur une surface, se déplaçant en fait le long de la surface.
Le nano marcheur fabriqué à l'Université de Columbia est une molécule de protéine décorée de trois pattes – des ADNzymes simple brin, des molécules d'ADN synthétiques qui agissent comme des enzymes et catalysent une réaction. Les pattes se lient à des brins d'ADN complémentaires sur une surface. Ensuite, ils catalysent une réaction qui raccourcit l'un des brins de surface, de sorte que son attachement à la jambe s'affaiblit. Cette jambe lâche et passe au prochain brin de surface.
Le marcheur suit une piste de brins que les chercheurs dessinent à la surface. Cela peut prendre jusqu'à 50 pas, comparé aux deux ou trois pas effectués par les marcheurs précédents. Il s'arrête lorsqu'il rencontre une séquence qui ne peut pas être raccourcie. Nous montrons comment programmer le comportement [du marcheur] en programmant le paysage, dit Milan Stojanovic , un ingénieur biomédical à l'Université de Columbia qui a développé le marcheur. Cela nous permet de penser à ajouter encore de la complexité : plus d'une molécule interagissant et des commandes plus compliquées à la surface. Ce que nous espérons faire à terme, c'est pouvoir [utiliser des nanobots pour] réparer les tissus.
Seeman et ses collègues de l'Université de New York combinent trois composants d'ADN différents pour créer une chaîne de montage. Ils ont un chemin d'ADN, un marcheur et une machine qui peut livrer ou retenir une cargaison d'une molécule d'or. La machine est une structure d'ADN qui peut être configurée pour mettre un brin chargé de nanoparticules d'or sur le chemin du marcheur ou loin de lui. Le marcheur a quatre pattes et trois mains d'ADN simple brin qui peuvent se lier à l'or.
Les chercheurs ont démontré un système dans lequel le marcheur passe devant trois machines, chacune portant un type différent de particule d'or. Chaque machine peut être configurée pour livrer sa cargaison ou la conserver, ce qui donne un total de huit façons différentes de charger le marcheur, ce qui donne huit produits différents.
Les avancées représentent un succès continu dans la création de nano-dispositifs avec des fonctions de plus en plus complexes. [Nous] passons d'entités individuelles qui font quelque chose d'intéressant à des systèmes d'entités travaillant sur quelque chose avec un comportement et une fonction plus complexes, dit Smith.