Une collaboration internationale comprenant des chercheurs du NIST Center for Nanoscale Science and Technology et de l'Universidad San Francisco de Quito, L'Équateur a fabriqué une nanofibre auto-assemblée à partir d'un bloc de construction d'ADN qui contient à la fois un ADN duplex (deux brins) et quadruplex (quatre brins). Ce travail est une première étape vers la création de nouvelles structures hétérogènes (quadruplex/duplex), mais contrôlable, des matériaux à base d'ADN présentant de nouvelles propriétés adaptées à l'auto-assemblage de bas en haut pour la nanofabrication, y compris l'auto-organisation des matériaux inorganiques (nanoparticules) et des composants électroniques moléculaires.

Les nouvelles nanofibres sont construites à partir de précurseurs d'ADN duplex qui forment d'abord un ADN quadruplex en présence d'ions potassium, puis se connectent pour former une fibre. Les quadruplexes d'ADN sont des structures inhabituelles qui peuvent se former à partir de séquences d'ADN riches en nucléotide guanine. Chaque brin du précurseur d'ADN duplex contient une série interne de huit guanines, qui crée une région de mésappariements guanine-guanine, plus un segment qui s'étend au-delà de la région duplex pour créer un surplomb simple brin. Lorsque des ions potassium sont ajoutés, les précurseurs duplex s'auto-assemblent en structures quadruplex, puis en fibres duplex/quadruplex. Ces fibres ont été détectées en masse en utilisant la spectrométrie de masse électrospray et l'électrophorèse sur gel. L'analyse d'une molécule unique par microscopie à force atomique a révélé des longueurs de fibres allant de 250 nm à 2000 nm. Parce que l'interaction entre quatre brins d'ADN a lieu dans certains segments de fibres, les structures finales semblent être plus rigides que les structures à base d'ADN construites à partir de sous-unités uniquement en duplex. Cette rigidité accrue devrait conduire à une meilleure structuration de l'ADN pour les applications nanotechnologiques. Contrairement aux structures d'origami d'ADN et de tuiles d'ADN qui sont basées uniquement sur l'ADN duplex, les chercheurs pensent qu'en faisant varier la séquence des sous-unités duplex et quadruplex, ils seront finalement capables de créer des blocs de construction d'ADN qui restent intacts à des températures allant de la température ambiante à 100 ºC.

Selon Veronika Szalai, chef de projet CNST, ce travail permettra une intégration future avec d'autres méthodes d'auto-assemblage programmables telles que l'origami d'ADN, ainsi qu'avec d'autres composants nanomatériaux tels que les points quantiques, pour créer de nouveaux nanomatériaux biologiques multifonctionnels.