ADN, une molécule célèbre pour stocker les plans génétiques de tous les êtres vivants, peut faire d'autres choses aussi. Dans un nouveau journal, des chercheurs de l'Institut national des normes et de la technologie (NIST) décrivent comment des brins simples d'ADN sur mesure peuvent être utilisés pour purifier la forme très recherchée de « fauteuil » des nanotubes de carbone. Des nanotubes de carbone à paroi simple en forme de fauteuil sont nécessaires pour fabriquer des "fils quantiques" à faible perte, transmission et câblage d'électricité longue distance.

Les nanotubes de carbone à paroi unique ont généralement un diamètre d'environ un nanomètre, mais ils peuvent mesurer des millions de nanomètres de long. C'est comme si vous preniez une feuille d'atomes de carbone d'une épaisseur d'un atome, disposés selon un motif hexagonal, et enroulé dans un cylindre, comme enrouler un morceau de grillage. Si vous avez essayé ce dernier, tu sais qu'il y a beaucoup de possibilités, selon le soin avec lequel vous faites correspondre les bords, de soigné, rangées d'hexagones parfaitement assorties ceinturant le cylindre, à des rangées qui s'enroulent en spirales à divers angles - des "chiralités" en langage chimiste.

La chiralité joue un rôle important dans les propriétés des nanotubes. La plupart se comportent comme des semi-conducteurs, mais quelques-uns sont des métaux. Une forme chirale spéciale - le "nanotube de carbone du fauteuil" - se comporte comme un métal pur et est le fil quantique idéal, selon le chercheur du NIST Xiaomin Tu.

Les nanotubes de carbone des fauteuils pourraient révolutionner les systèmes d'alimentation électrique, grand et petit, Tu dit. Les fils fabriqués à partir d'eux devraient conduire l'électricité 10 fois mieux que le cuivre, avec beaucoup moins de pertes, à un sixième du poids. Mais les chercheurs se heurtent à deux obstacles :produire des échantillons de départ totalement purs de nanotubes de fauteuil, et les "cloner" pour une production de masse. Le premier défi, comme le notent les auteurs, a été "un objectif insaisissable".

Séparer une chiralité particulière de nanotubes de tous les autres commence par les enrober pour les disperser en solution, comme, laissés à eux-mêmes, ils s'agglutineront en une masse sombre. Divers matériaux ont été utilisés comme dispersants, y compris les polymères, protéines et ADN. L'astuce du NIST consiste à sélectionner un brin d'ADN qui a une affinité particulière pour le type de nanotube souhaité. Dans des travaux antérieurs, *** le chef d'équipe Ming Zheng et ses collègues ont démontré des brins d'ADN qui pourraient sélectionner l'une des formes semi-conductrices des nanotubes de carbone, une cible plus facile. Dans ce nouveau papier, le groupe décrit comment ils ont méthodiquement procédé à des mutations simples de l'ADN respectueux des semi-conducteurs pour « faire évoluer » un modèle qui préférait plutôt les nanotubes métalliques du fauteuil.

"Nous pensons que ce qui se passe, c'est que, avec le bon nanotube, l'ADN s'enroule en hélice autour du tube, " explique Constantin Khripin, "et les bases nucléotidiques de l'ADN peuvent se connecter les unes aux autres d'une manière similaire à la façon dont elles se lient dans l'ADN double brin." Selon Zheng, "L'ADN forme ce tonneau serré autour du nanotube. J'adore cette idée parce que c'est une sorte de serrure et de clé. Le nanotube de fauteuil est une clé qui s'insère à l'intérieur de cette structure d'ADN - vous avez ce genre de reconnaissance moléculaire."

Une fois les nanotubes cibles enveloppés d'ADN, des techniques de chimie standard telles que la chromatographie peuvent être utilisées pour les séparer du mélange avec une grande efficacité.

"Maintenant que nous avons ces échantillons de nanotubes purs, " déclare Angela Hight Walker, membre de l'équipe, « nous pouvons sonder la physique sous-jacente de ces matériaux pour mieux comprendre leurs propriétés uniques. À titre d'exemple, certaines caractéristiques optiques autrefois considérées comme indicatives de nanotubes de carbone métalliques ne sont pas présentes dans ces échantillons de fauteuil."