Les cristaux photoniques sont des matériaux exotiques capables de guider les faisceaux lumineux à travers des espaces confinés et pourraient être des composants essentiels des puces informatiques de faible puissance qui utilisent la lumière au lieu de l'électricité. Les moyens rentables de les produire se sont révélés insaisissables, mais les chercheurs se sont récemment tournés vers une source d'aide surprenante :les molécules d'ADN.

Dans un article paru le 18 octobre dans le journal Matériaux naturels , chercheurs du MIT, avec des collègues du Scripps Research Institute et de l'Université de Rochester, ont démontré que de minuscules particules d'or et des boules de protéines connues sous le nom de particules pseudo-virales, à la fois avec des brins d'ADN attachés à eux, s'organiseraient spontanément en une structure en treillis. Bien que les matériaux eux-mêmes ne soient pas utiles pour fabriquer des cristaux photoniques, les distances entre les particules sont exactement celles qui permettraient à un cristal photonique de guider la lumière dans le spectre visible.

Les cristaux photoniques sont fabriqués à partir de matériaux ayant des indices de réfraction très différents :c'est-à-dire ils courbent la lumière à des degrés différents. Selon les distances entre les matériaux, les cristaux réfléchiront la lumière d'une longueur d'onde particulière avec pratiquement aucune perte. L'accord d'un cristal photonique à la lumière dans le spectre visible nécessite un espacement des matériaux de quelques nanomètres, ce qui est difficile à faire avec les techniques de fabrication existantes. À ce jour, les seuls cristaux photoniques qui fonctionnent dans le spectre visible sont bidimensionnels :ils peuvent réfléchir la lumière se déplaçant dans un plan mais pas dans le plan perpendiculaire. Un cristal photonique aux dimensions du nouveau réseau d'or et de protéines des chercheurs, cependant, refléterait la lumière en trois dimensions, une exigence cruciale pour déplacer la lumière à travers les multiples couches d'une puce informatique.

D'étranges compagnons de lit

Abigail Lytton-Jean, un post-doctorant au Koch Institute for Integrative Cancer Research du MIT et l'un des deux auteurs principaux du nouvel article, a commencé à utiliser l'ADN pour créer des cristaux auto-assemblés en tant qu'étudiant diplômé à l'Université Northwestern. Elle et son conseiller, Tchad Mirkin, avec le parc Sung Yong, qui est maintenant à l'Université de Rochester et est co-auteur du nouvel article, trop, ont montré que l'attachement de brins d'ADN de différentes séquences à des nanoparticules d'or les amènerait à s'auto-organiser en cristaux avec des structures différentes. Mais c'est la première fois que le tour est réalisé avec plusieurs matériaux.

Bien que l'or et les protéines ne soient pas en eux-mêmes utiles pour les cristaux photoniques, Lytton-Jean dit, « Cela montre surtout que nous avons deux matériaux incroyablement différents. Nous avons une protéine molle de nature biologique, et puis vous allez à l'autre extrémité du spectre, où vous avez une sphère métallique dure. Et si nous pouvons le faire avec ces deux types de matériaux, vous pouvez le faire avec presque n'importe quel type de matériau. » Futurs cristaux photoniques, elle explique, pourrait très bien utiliser des combinaisons de métaux et de plastiques - encore une fois, matériaux souples et durs.

Mais Orlin Velev, Professeur Invista au Département de génie chimique et biomoléculaire de l'État de Caroline du Nord, dit, "Je pense que l'application la plus excitante est le co-assemblage conjoint de particules organiques et inorganiques en une seule structure." Il souligne que les dispositifs nanométriques qui combinent des molécules biologiques et des métaux pourraient servir de dispositifs d'administration de médicaments et de capteurs à faible coût. ce serait assez petit pour circuler à travers le corps.

Selon Daniel Anderson, professeur agrégé à la division Harvard-MIT des sciences et technologies de la santé et coauteur de l'article, c'est une autre application que les chercheurs du MIT étudient. Il mentionne, par exemple, le nouveau domaine prometteur de l'interférence ARN (ARNi), dans lequel de courts brins d'ARN sont utilisés pour interrompre les processus biologiques destructeurs. Des nanodispositifs qui combinent des molécules organiques et inorganiques, Anderson dit, pourrait « prendre des molécules potentiellement thérapeutiques et les amener là où elles doivent aller ». les travaux des chercheurs ont été soutenus par les National Institutes of Health et le Skaggs Institute for Chemical Biology, ainsi que la Fondation W. M. Keck,

Velev souligne que le travail des chercheurs est une science fondamentale, et qu'il "ne sera pas utilisé demain pour des applications pratiques." Lytton-Jean reconnaît que pour s'auto-assembler en structures cristallines régulières, les nanoparticules doivent être de taille uniforme, et les fabriquer selon des spécifications précises n'est en aucun cas anodin. « Il y a dix ans, cela n'aurait probablement pas été possible, car la synthèse des nanoparticules d'or n'avait pas autant évolué qu'aujourd'hui, " dit-elle. De plus, Elle ajoute, l'une des raisons pour lesquelles elle et ses collègues ont utilisé des particules d'or et de protéines dans leur dernière série d'expériences est que la chimie pour attacher l'ADN à l'or et aux protéines est bien comprise. Mais, Elle ajoute, « De nombreux travaux ont été réalisés sur la modification des nanoparticules de polymère. La chimie n'est probablement pas un gros problème.