"Je pense qu'un défi critique auquel sont confrontés la science et l'ingénierie à l'échelle nanométrique est l'assemblage réversible, " a déclaré Lu. " Les chercheurs sont maintenant assez bons pour placer les composants aux endroits qu'ils désirent, mais pas très bon pour mettre quelque chose et le retirer à nouveau. De nombreuses applications nécessitent un assemblage dynamique. Vous ne voulez pas l'assembler une seule fois, vous voulez le faire à plusieurs reprises, et pas seulement en utilisant le même composant, mais aussi de nouveaux composants."

Le groupe a profité d'un système chimique commun en biologie. La protéine streptavidine se lie très fortement à la petite molécule organique biotine – elle s'accroche et ne lâche pas. Une petite modification chimique de la biotine donne une molécule qui se lie également à la streptavidine, mais le tient sans serrer.

Les chercheurs ont commencé avec un modèle d'origami d'ADN - plusieurs brins d'ADN tissés dans une tuile. Ils ont "écrit" leur message dans la matrice d'ADN en attachant des brins d'ADN liés à la biotine à des emplacements spécifiques sur les carreaux qui s'allumeraient sous forme de points ou de tirets. Pendant ce temps, L'ADN lié au dérivé de biotine a rempli les autres positions sur la matrice d'ADN.

Ensuite, ils ont baigné les carreaux dans une solution de streptavidine. La streptavidine liée à la fois à la biotine et à son dérivé, faire « s'allumer » tous les spots sous un microscope à force atomique et camoufler le message. Pour révéler le message caché, les chercheurs ont ensuite mis les tuiles dans une solution de biotine libre. Comme il se lie beaucoup plus fortement à la streptavidine, la biotine a effectivement éliminé la protéine du dérivé de biotine, de sorte que seuls les brins d'ADN attachés à la biotine non altérée gardaient leur streptavidine. Le message en code Morse, "NANO, " était clairement lisible au microscope.

Les chercheurs ont également démontré des caractères non morse, créer des tuiles qui pourraient basculer entre un "I" majuscule et un "i" minuscule, car la streptavidine et la biotine ont été ajoutées alternativement.

"C'est un pas en avant important pour l'assemblage à l'échelle nanométrique, " dit Lu. " Maintenant, nous pouvons encoder des messages à une échelle beaucoup plus petite, ce qui est intéressant. Il y a plus d'informations par pouce carré. Mais l'avancée la plus importante est que maintenant que nous pouvons réaliser un montage réversible, nous pouvons explorer beaucoup plus polyvalent, applications beaucoup plus dynamiques."

Prochain, les chercheurs prévoient d'utiliser leur technique pour créer d'autres systèmes fonctionnels. Lu envisage d'assembler des systèmes pour effectuer une tâche en chimie, la biologie, sentir, photonique ou autre domaine, puis le remplacement d'un composant pour donner au système une fonction supplémentaire. Puisque la clé de la réversibilité réside dans les différentes forces de liaison, la technique n'est pas limitée au système biotine-streptavidine et pourrait fonctionner pour une variété de molécules et de matériaux.

"Tant que les molécules utilisées dans l'assemblage ont deux affinités différentes, nous pouvons appliquer ce concept particulier dans d'autres modèles ou processus, " dit Lu.