Les ingénieurs biochimistes de l'Université Johns Hopkins ont utilisé des séquences de molécules d'ADN pour faire changer de forme les gels à base d'eau, la démonstration d'une nouvelle tactique pour produire des robots souples et des dispositifs médicaux « intelligents » qui ne reposent pas sur des fils encombrants, piles, ou des attaches.

La recherche, supervisé par trois membres du corps professoral de la Whiting School of Engineering de l'université, est détaillé en ligne aujourd'hui dans la revue Science .

Les membres de l'équipe ont signalé que leur processus utilisait des séquences d'ADN spécifiques appelées "épingles à cheveux" pour faire gonfler un échantillon d'hydrogel de la taille d'un centimètre jusqu'à 100 fois son volume d'origine. La réaction a ensuite été interrompue par une séquence d'ADN différente, surnommé une "épingle à cheveux terminateur". Cette approche pourrait permettre de tisser des pièces mobiles dans des matériaux souples, lequel, les chercheurs ont dit, pourrait un jour jouer un rôle dans la création de matériaux intelligents, appareils métamorphiques, actionneurs programmés complexes, et des robots autonomes avec des applications marines et médicales potentielles.

Pour contrôler la façon dont le changement de forme se produit dans différentes parties de l'hydrogel cible, les chercheurs se sont inspirés de l'industrie informatique. Ils ont utilisé une technique de photo-motif similaire à celle utilisée pour fabriquer des micropuces minuscules mais complexes. Divers modèles biochimiques intégrés dans différentes régions du gel ont été conçus pour répondre aux instructions spécifiques de l'ADN pour provoquer une flexion, pliant, ou d'autres réponses.

"Les séquences d'ADN peuvent être considérées comme un analogue du code informatique, " a déclaré David Gracias, professeur au département de génie chimique et biomoléculaire de l'université, et l'un des deux auteurs principaux de l'article Science. "Tout comme les logiciels informatiques peuvent diriger des tâches spécifiques, Les séquences d'ADN peuvent amener un matériau à se plier ou à s'étendre d'une certaine manière à un site spécifique."

Ce n'est pas un événement inhabituel dans la nature, il ajouta.

"Le changement de forme est très important en biologie, " dit Gracias. " Pensez à la façon dont une chenille se transforme en papillon. "

Pour confirmer leur capacité à contrôler quelles cibles d'hydrogel ont été activées, les membres de l'équipe ont utilisé des hydrogels en forme de fleur sensibles à la séquence d'ADN. Dans chaque "fleur, " deux paires de pétales ont été fabriquées, et chaque ensemble a été conçu pour répondre uniquement à l'une des deux séquences d'ADN différentes. Lorsqu'il est exposé aux deux séquences, tous les pétales se sont pliés en réponse. Mais lorsqu'ils ont été exposés à une seule des séquences, seuls les pétales correspondant à cette séquence pliés.

L'équipe a également fabriqué des dispositifs en forme de crabe d'hydrogel dans lesquels les antennes, les griffes, et les jambes se sont chacune recroquevillées en réponse à leur séquence d'ADN correspondante. Les dispositifs de crabe - une forme sélectionnée en l'honneur des fruits de mer populaires pour lesquels le Maryland est connu - sont restés dans leur état activé pendant au moins 60 jours.

"Nous avons été fascinés par la façon dont les cellules vivantes peuvent utiliser des signaux chimiques pour décider comment se développer ou se déplacer et utiliser l'énergie chimique pour s'alimenter, " a déclaré Rebecca Schulman, l'autre auteur principal de l'étude et professeur adjoint de génie chimique et biomoléculaire. "Nous voulions construire des machines qui pourraient agir de manière similaire. Notre technologie de fabrication permet de concevoir des dispositifs très complexes dans une gamme de tailles."