Les machines moléculaires programmables sont de plus en plus proches de la réalité
Mise au point d'un commutateur ADN robuste à commande électrique
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Le développement de machines moléculaires programmables se concrétise de plus en plus. Des chercheurs de l’Université technique de Munich (TUM) ont mis au point un commutateur ADN extrêmement fiable et stable. Celui-ci peut être commandé électriquement et servir à réguler des fonctions moléculaires. Ce commutateur à l’échelle nanométrique est resté fonctionnel après plusieurs centaines de milliers de cycles de commutation.
Ce commutateur repose sur la technique de l’origami ADN, qui consiste à plier des brins d’ADN pour former des composants nanométriques définis avec précision. Grâce à cette technique, l’équipe a créé un commutateur ADN présentant deux positions stables. Une brève impulsion électrique suffit à faire passer la structure d’une position à l’autre en quelques millisecondes. Elle reste ensuite dans sa nouvelle position sans apport d’énergie supplémentaire.
Il s’agit d’une étape importante pour le développement de machines moléculaires. De tels systèmes doivent non seulement pouvoir être commutés de manière contrôlée, mais aussi fonctionner de manière fiable sur de longues périodes. C’est exactement ce que démontre ce nouveau commutateur : lors des expériences, les dispositifs individuels sont restés stables pendant des heures, résistant à plus de 200 000 cycles de commutation et, dans un montage supplémentaire, ont continué à présenter un comportement de commutation robuste même après environ un million d’activations.
Deux applications potentielles déjà démontrées
« Grâce à notre conception, nous avons pu montrer qu’un commutateur à base d’ADN peut non seulement être commandé rapidement et avec précision, mais qu’il est également exceptionnellement durable », explique le professeur Friedrich Simmel, titulaire de la chaire de physique des systèmes biologiques synthétiques à la Faculté des sciences naturelles de l’Université technique de Munich (TUM). « Cela rend plus réaliste l’utilisation de composants à base d’ADN comme éléments fonctionnels des futures machines moléculaires. »
L’équipe de recherche a déjà testé deux applications possibles. Dans un montage expérimental, le commutateur a été couplé à des nanobâtonnets d’or. De cette manière, un signal optique pouvait être activé ou désactivé en fonction de la position du commutateur. Dans une deuxième expérience, l’équipe a utilisé le commutateur pour exposer ou masquer alternativement un site de liaison destiné à d’autres brins d’ADN. Cela a permis de contrôler la vitesse de ce processus de liaison.
Cette étude ne se contente donc pas de présenter un simple nouveau composant à l’échelle nanométrique. Elle fournit également une base pour étudier de manière systématique la durabilité, l’usure et les modes de défaillance potentiels des commutateurs moléculaires. Le premier auteur, Florian Rothscher, déclare : « À l’avenir, de tels systèmes d’ADN contrôlables électriquement pourraient présenter un intérêt pour le traitement moléculaire de l’information, pour les nanodispositifs optiques et pour le contrôle ciblé de réactions chimiques. »
Les expériences ont été menées dans des conditions de laboratoire contrôlées et à l’aide de dispositifs de mesure spécialisés. Les résultats montrent que le concept fonctionne de manière fiable dans ces conditions. Toutefois, des étapes de développement supplémentaires seront nécessaires avant que des applications techniques potentielles en dehors de ces environnements de laboratoire ne deviennent envisageables.
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