La dernière avancée dans les capteurs à nanopores à l'état solide - des dispositifs fabriqués avec des outils standard de l'industrie des semi-conducteurs mais pouvant offrir une sensibilité à une seule molécule pour le criblage de protéines sans étiquette - élargit leur sac d'astuces grâce à la bionanotechnologie. Des chercheurs de la Technische Universitaet Muenchen ont amélioré les capacités des nanopores à l'état solide en les équipant de plaques de recouvrement en ADN. Ces plaques de recouvrement à l'échelle nanométrique, avec des ouvertures centrales adaptées aux différentes fonctions de "gatekeeper", sont formés par ce que l'on appelle l'origami d'ADN - l'art de programmer des brins d'ADN pour qu'ils se replient dans des structures conçues sur mesure avec des propriétés chimiques spécifiées.

Les résultats sont publiés dans Angewandte Chemie Édition Internationale .

Au cours des dernières années, Le groupe de recherche du professeur Hendrik Dietz au TUM a affiné le contrôle des techniques d'origami d'ADN et démontré comment les structures fabriquées de cette manière peuvent permettre des recherches scientifiques dans divers domaines. Pendant ce temps, Le groupe de recherche du Dr Ulrich Rant a fait de même pour les capteurs à nanopores à l'état solide, où le principe de fonctionnement de base est de pousser les biomolécules d'intérêt, un à la fois, à travers un trou à l'échelle nanométrique dans une plaque mince de matériau semi-conducteur. Lorsque des biomolécules traversent ou s'attardent dans un tel capteur, des changements infimes du courant électrique circulant à travers le nanopore se traduisent par des informations sur leur identité et leurs propriétés physiques. Maintenant Dietz et Rant, qui sont tous deux boursiers du TUM Institute for Advanced Study, ont commencé à explorer ce que ces deux technologies peuvent accomplir ensemble.

Le nouveau concept de dispositif - purement hypothétique avant cette série d'expériences - commence par le placement d'une "nanoplaque" d'origami d'ADN sur l'extrémité étroite d'un nanopore à l'état solide conique. "Tuning" la taille de l'ouverture centrale dans la nanoplaque d'ADN devrait permettre le filtrage des molécules par taille. Un raffinement supplémentaire, placer des récepteurs d'ADN simple brin dans l'ouverture comme "appât, " devrait permettre la détection spécifique de séquences de molécules "proies". Les applications envisageables incluent les criblages d'interactions biomoléculaires et la détection de séquences d'ADN. En principe, un tel dispositif pourrait même servir de base à un nouveau système de séquençage d'ADN.

Pas à pas, les chercheurs ont étudié chacune de ces idées. Ils ont pu confirmer l'auto-assemblage de nanoplaques d'origami d'ADN conçues sur mesure, puis leur placement - après avoir été guidé électriquement en position - sur des nanopores à l'état solide. Ils ont pu démontrer à la fois le filtrage basé sur la taille des biomolécules et la détection des appâts/proies de molécules cibles spécifiques. « Nous sommes particulièrement enthousiasmés par le potentiel sélectif de l'approche appât/proie pour la détection d'une molécule unique, " Dietz dit, "parce que de nombreux composants chimiques différents au-delà de l'ADN pourraient être attachés au site approprié sur une nanoplaque d'ADN."

Les applications de détection à haute résolution telles que le séquençage de l'ADN seront confrontées à des obstacles supplémentaires, cependant, comme Rant l'explique :« Par conception, les nanopores et leurs gardiens d'ADN en origami laissent passer les petits ions. Pour certaines applications envisageables, qui devient un courant de fuite indésirable qu'il faudrait réduire, ainsi que l'ampleur des fluctuations actuelles.