ADN, le porteur de l'information génétique, s'est imposé comme un matériau de construction très utile en nanotechnologie. Une exigence dans de nombreuses applications est le contrôle, assemblage commutable de nanostructures. Dans la revue Angewandte Chemie , les scientifiques ont maintenant introduit une nouvelle stratégie de contrôle en modifiant la valeur du pH. Il est à base d'éthylènediamine, qui ne prend en charge l'assemblage des composants de l'ADN que dans un environnement neutre à acide, indépendant des séquences de bases et sans ions métalliques.
Un ensemble de courts brins simples d'ADN peut être tricoté en un carreau qui s'agrège davantage en une riche gamme de géométries grâce à l'auto-dirigé, cohésions collantes. Le soi-disant assemblage de carreaux imite un processus de formation de cristaux dans la nature. Une fois les bons brins conçus, une structure spécifique se forme grâce à un processus d'auto-assemblage. Les chercheurs espèrent utiliser cette méthode à l'avenir pour organiser des nanomatériaux ou fabriquer des nanorobots qui pourraient effectuer de minuscules interventions dans des organes malades ou même des cellules individuelles. La nanoélectronique et la nanocatalyse sont également des domaines d'applications possibles.
Le contrôlé, l'assemblage commutable de nanostructures se produit à l'aide de certains motifs structurels d'ADN qui changent de forme lorsque le pH change. Cependant, ces structures sont basées sur des séquences de bases très spécifiques. En revanche, une méthode indépendante de la séquence offrirait l'accès à un méthode polyvalente pour l'auto-assemblage de l'ADN, élargissant considérablement les domaines d'application possibles de la nanotechnologie dynamique de l'ADN.
Scientifiques de l'Université de technologie de Hefei ; Université des sciences et technologies de Chine, Hefei, Chine, et l'Université Purdue à West Lafayette, ETATS-UNIS, commencer avec une petite molécule organique, éthylènediamine, H2N-CH2-CH2-NH2. Dans l'eau, un ou les deux groupes amino (-NH2) se lient de manière réversible à un proton supplémentaire (H+), en fonction de la valeur du pH. Les quantités relatives des trois espèces possibles dépendent fortement du pH. Les molécules d'éthylènediamine avec une double charge positive sont capables de protéger électrostatiquement les charges négatives dans le squelette de l'ADN afin qu'elles se repoussent moins, ce qui favorise l'auto-assemblage.
L'équipe dirigée par Yulin Li, Zhaoxiang Deng, et Chengde Mao a pu utiliser un tampon contenant de l'éthylènediamine pour assembler des blocs de construction d'ADN en forme de croix (tuiles) en une structure en nid d'abeilles bidimensionnelle étendue dans un environnement neutre à acide. Dans des conditions légèrement alcalines, aucune structure étendue formée. A titre d'exemple de structure tridimensionnelle, les chercheurs ont fabriqué des cages tétraédriques à partir de blocs de construction en forme d'étoiles à trois branches. A un pH de 6,5, les étoiles étaient réversiblement converties en tétraèdre; à un pH de 8, ils sont revenus à la forme d'étoile ou à des brins individuels.
Pour protéger les charges négatives de l'ADN, des ions métalliques chargés positivement comme Mg2+ sont généralement utilisés. Le tampon éthylènediamine ne nécessite pas d'ions métalliques. Les ions métalliques augmentent l'activité de nombreuses enzymes, en particulier les nucléases qui séparent l'ADN. Ce nouveau système est ainsi mieux adapté à une utilisation en présence d'enzymes.
