Bien que les solutions chimiquement similaires des nano-escaliers en colimaçon droitiers et gauchers interagissent spécifiquement avec la lumière polarisée circulaire. Les nano-escaliers en colimaçon ont été construits à l'aide de la méthode ADN-origami. Crédit :TIM Liedl / LMU
Dans le corps humain, l'information génétique est codée dans des blocs de construction d'acide désoxyribonucléique double brin, le soi-disant ADN. En utilisant des molécules d'ADN artificielles, une équipe internationale de scientifiques dirigée par le Cluster of Excellence Nanosystems Initiative Munich a produit des matériaux nanostructurés qui peuvent être utilisés pour modifier la lumière visible par spécification. Les chercheurs présentent leurs résultats dans le numéro actuel de la célèbre revue scientifique La nature .
Il y a quelques années, il y avait eu beaucoup d'enthousiasme suite à la découverte de la technique de l'origami ADN. L'approche pourrait être utilisée pour construire des nanoparticules d'une forme et d'une taille données. Cependant, applications réelles, comme les nano-pinces, resté hors de portée. Une équipe internationale de chercheurs dirigée par le professeur Tim Liedl de la Ludwig-Maximillians-Universitaet Muenchen et le professeur Friedrich Simmel de la Technische Universitaet Muenchen ont maintenant réussi à construire des nanoparticules en utilisant des blocs de construction d'ADN optiquement actifs qui peuvent être utilisés pour modifier la lumière de manière très spécifique. .
Le couplage de la lumière et des nanostructures peut aider à réduire considérablement la taille des capteurs optiques pour les applications médicales et environnementales, tout en les rendant plus sensibles. Cependant, la taille d'une onde lumineuse s'étendant sur 400 à 800 nanomètres est gigantesque par rapport à des nanostructures de quelques nanomètres seulement. Pourtant en théorie, lorsque les plus petites structures fonctionnent ensemble de manière très spécifique, même les petits objets peuvent très bien interagir avec la lumière. Malheureusement, il n'est pas possible de produire les structures tridimensionnelles requises avec une précision à l'échelle nanométrique dans des quantités et une pureté suffisantes en utilisant des méthodes conventionnelles.
Une équipe de scientifiques de la Technische Universitaet Muenchen et de la Ludwig-Maximilians-Universitaet Muenchen a réussi à construire des nano-escaliers en colimaçon à partir d'ADN artificiel en utilisant la méthode ADN-origami. Le brin d'ADN porte neuf particules d'or qui conduisent à de fortes interactions avec la lumière visible polarisée circulaire. Crédit :Animation :Tim Liedl /LMU
"Avec l'origami ADN, nous avons maintenant trouvé une méthodologie qui répond à toutes ces exigences. Il permet de définir à l'avance et avec une précision nanométrique la forme tridimensionnelle de l'objet en cours de création, " dit le professeur Friedrich Simmel, qui détient la chaire pour les systèmes biomoléculaires et la bionanotechnologie à la TU Muenchen. Programmé uniquement à l'aide de la séquence de blocs de construction de base, les nano-éléments se replient dans les structures souhaitées. » L'équipe de Friedrich Simmel a réussi à construire des nano escaliers en colimaçon de 57 nanomètres de haut et 34 nanomètres de diamètre avec des particules d'or de 10 nanomètres attachées à intervalles réguliers.
A la surface des particules d'or, les électrons réagissent avec le champ électromagnétique de la lumière. Le petit jeu entre les particules garantit que les particules d'or d'un brin d'ADN fonctionnent à l'unisson, amplifiant ainsi les interactions plusieurs fois. Professeur Alexander O. Govorov, physicien théoricien à l'Ohio State University à Athènes, ETATS-UNIS, avait prédit que l'effet devrait dépendre de l'espacement, taille et composition des particules métalliques. En utilisant la méthode de l'origami ADN, les physiciens munichois ont construit des nanostructures dans lesquelles ils ont fait varier ces paramètres.
Les résultats de ces expériences confirment les prédictions de leurs collègues à tous égards :les solutions aqueuses de nano-escaliers en colimaçon droitiers et gauchers diffèrent visiblement dans leurs interactions avec la lumière polarisée circulaire. Les escaliers en colimaçon avec de grosses particules montrent une réponse optique significativement plus forte que ceux avec de petites particules. La composition chimique des particules a également eu un effet important :lorsque les particules d'or ont été recouvertes d'une couche d'argent, la résonance optique s'est déplacée du domaine rouge au domaine bleu d'onde plus courte.
En combinant calculs théoriques et possibilités de l'origami ADN, les chercheurs sont désormais capables de produire des matériaux nano-optiques avec des caractéristiques précisément spécifiées. Le professeur Tim Liedl décrit la voie que la recherche pourrait suivre :« Nous allons maintenant étudier si nous pouvons utiliser cette méthode pour influencer l'indice de réfraction des matériaux que nous fabriquons. Les matériaux avec un indice de réfraction négatif pourraient être utilisés pour développer de nouveaux systèmes de lentilles optiques. -appelées super lentilles."
