Créer des structures artificielles à partir de l'ADN est l'objectif de la nanotechnologie de l'ADN. Cette nouvelle discipline, qui combine la biologie, la physique, la chimie et la science des matériaux utilisent la capacité d'auto-assemblage des souches naturelles d'ADN. Smileys ou petites boîtes, mesurant seulement 10s de nanomètres ont été créés à partir d'ADN dans une goutte d'eau. Le professeur Alexander Heckel et son doctorant Thorsten Schmidt du "Cluster of Excellence for Macromolecular Complexes" de l'Université Goethe ont pu créer deux anneaux d'ADN de seulement 18 nanomètres, et de les emboîter comme deux maillons d'une chaîne. Une telle structure est appelée caténan, un terme dérivé du mot latin catena (chaîne). Schmidt, qui s'est marié pendant qu'il travaillait sur les nano-anneaux, pense qu'il s'agit probablement des plus petites alliances du monde.

D'un point de vue scientifique, la structure est une étape importante dans le domaine de la nanotechnologie de l'ADN, puisque les deux anneaux de la caténine sont, contrairement à la plupart des nanoarchitectures ADN déjà réalisées, formations non fixes, mais – en fonction des conditions environnementales – librement pivotable. Ils conviennent donc comme composants de machines moléculaires ou d'un moteur moléculaire. "Nous avons encore un long chemin à parcourir avant que des structures d'ADN telles que le caténan puissent être utilisées dans les objets du quotidien", dit le professeur Alexander Heckel, "mais les structures de l'ADN peuvent, dans le futur proche, être utilisé pour arranger et étudier des protéines ou d'autres molécules trop petites pour une manipulation directe, au moyen de l'auto-organisation." De cette façon, Les nano-architectures d'ADN pourraient devenir un outil polyvalent pour le monde du nanomètre, dont l'accès est difficile.

Dans la fabrication de la nano-architecture d'ADN, les scientifiques profitent des règles d'appariement des quatre bases nucléiques de l'ADN, selon laquelle deux brins d'ADN naturels peuvent également se trouver (en nano-architecture d'ADN, l'ordre de base est sans signification biologique). Un A sur un brin s'apparie avec T sur l'autre brin et C est complémentaire de G. L'astuce consiste à créer les séquences des brins d'ADN impliqués de manière à garantir que la structure souhaitée se construit d'elle-même sans intervention directe. de la part de l'expérimentateur. Si seules certaines parties des brins utilisés se complètent, des branches et des jonctions peuvent être créées.

Tel que rapporté par Schmidt et Heckel dans le journal Lettres nano , ils ont d'abord créé deux fragments d'ADN en forme de C pour les caténanes. À l'aide de molécules spéciales qui agissent comme une colle spécifique à la séquence pour la double hélice, ils ont disposé les "C" de manière à créer deux jonctions, avec les extrémités ouvertes des « C » pointant à l'opposé l'une de l'autre (voir images). Le caténan a été créé en ajoutant deux brins qui se fixent aux extrémités des deux fragments d'anneau, qui sont encore ouverts. Thorsten Schmidt a dédié la publication à son épouse, le Dr Diana Gonçalves Schmidt, qui apprécie aussi le travail au niveau scientifique, puisqu'elle faisait également partie du groupe de travail d'Alexander Heckel.

Comme ils sont beaucoup plus petits que les longueurs d'onde de la lumière visible, les anneaux ne peuvent pas être vus avec un microscope standard. "Il faudrait enchaîner environ 4000 de ces anneaux pour atteindre même le diamètre d'un cheveu humain", dit Thorsten Schmidt. Il visualise donc les caténanes au microscope à force de balayage, qui scanne les anneaux qui ont été placés sur une surface avec une pointe extrêmement fine.