La myriade de processus se produisant dans les cellules biologiques peut sembler incroyablement complexe à première vue. Et encore, en principe, ils ne sont qu'une suite logique d'événements, et pourrait même être utilisé pour former des circuits numériques. Les chercheurs ont maintenant développé un circuit de commutation moléculaire fait d'ADN, qui peut être utilisé pour altérer mécaniquement les gels, en fonction du pH. Les circuits de commutation à base d'ADN pourraient avoir des applications en robotique douce, disent les chercheurs dans leur article Angewandte Chemie.

L'ADN est une longue molécule qui peut être pliée et tordue de diverses manières. Il a une épine dorsale et des bases qui dépassent de l'épine dorsale et s'apparient à des homologues dans d'autres brins d'ADN. Lorsqu'une série de ces paires correspondantes se réunit, ils forment une torsion, double brin en forme d'échelle - la double hélice d'ADN familière. La flexibilité de l'ADN, qui permet de réaliser des coudes, boucles, et une grande variété d'autres formes, a inspiré les chercheurs à construire des commutateurs ADN. Ces commutateurs changent de forme après avoir reçu une entrée, et peut alors affecter leur environnement.

Hao Pei du Shanghai Key Laboratory of Green Chemistry and Chemical Processes de l'East China Normal University à Shanghai, Chine, et ses collègues ont maintenant développé une configuration configurable, réseau de commutation logique multimode qui réagit différemment avec son environnement en fonction du pH et de l'entrée d'ADN. Tous les composants du circuit de commutation ont été fabriqués à partir d'ADN.

L'équipe a développé une série de quatre commutateurs ADN, chacune avec des longueurs et des combinaisons de bases légèrement différentes. Ces variations signifiaient qu'ils réagissaient différemment avec un seul brin d'ADN en fonction du pH de leur environnement. Par exemple, à un pH légèrement alcalin de 8, deux des commutateurs ont formé de l'ADN triple brin (triplexes), tandis que les autres restaient vaguement allongés. Ces réactions et plis ont conduit à des réactions secondaires, qui ont été utilisées par les chercheurs comme fonctions logiques dans le circuit de commutation. Le résultat était, par exemple, un signal fluorescent qui pourrait être lu comme une sortie.

Pour démontrer l'utilisation du circuit de commutation dans un système mécanique réel, l'équipe a incorporé les commutateurs d'ADN dans des gels de polyacrylamide. L'ADN a agi comme un agent de réticulation, joindre les molécules de polymère dans le gel ensemble. Plus le réticulant est court, ou plus l'ADN est replié, plus le gel devenait dense. Une fois qu'un morceau d'ADN avec des bases correspondantes a été ajouté en entrée, un circuit logique a été mis en place, provoquant le déploiement des commutateurs ADN, former des triplex, ou se détendre. Le circuit réactionnel dépendait également du pH. Par conséquent, certaines combinaisons d'entrée d'ADN et de plage de pH ont entraîné une croissance plus longue de l'agent de réticulation d'ADN et un gonflement du gel, dans certains cas, presque doubler de taille.

Comme les commutateurs ADN ont des possibilités presque infinies de combinaisons de torsions et de plis, les chercheurs considèrent leurs circuits de commutation comme une étape vitale vers la robotique de la matière molle, où contrôlable, les réseaux fonctionnels logiques miniaturisés sont importants.