Une molécule ambulante, si petit qu'il ne peut pas être observé directement avec un microscope, a été enregistré en train de faire ses premiers pas de taille nanométrique.

C'est la première fois que quelqu'un montre en temps réel qu'un objet aussi minuscule – appelé « marcheur de petites molécules » – a franchi une série de pas. La découverte, fabriqué par des chimistes de l'Université d'Oxford, est une étape importante sur la longue route vers le développement de « nanorobots ».

«À l'avenir, nous pouvons imaginer de minuscules machines capables d'aller chercher et de transporter des marchandises de la taille de molécules individuelles, qui peuvent être utilisés comme blocs de construction de machines moléculaires plus complexes ; imaginez de minuscules pincettes fonctionnant à l'intérieur des cellules, " a déclaré le Dr Gokce Su Pulcu du département de chimie de l'Université d'Oxford. « Le but ultime est d'utiliser des marcheurs moléculaires pour former des réseaux de nanotransport, ' elle dit.

Cependant, avant que les nanorobots puissent courir, ils doivent d'abord marcher. Comme l'explique Su, prouver que ce n'est pas une tâche facile.

Depuis des années, les chercheurs ont montré que les machines en mouvement et les marcheurs peuvent être construits à partir de l'ADN. Mais, relativement parlant, L'ADN est beaucoup plus gros que les marcheurs de petites molécules et les machines à ADN ne fonctionnent que dans l'eau.

Le gros problème est que les microscopes ne peuvent détecter que des objets en mouvement jusqu'au niveau de 10 à 20 nanomètres. Cela signifie que les marcheurs de petites molécules, dont les foulées mesurent 1 nanomètre de long, ne peut être détecté qu'après avoir effectué environ 10 ou 15 pas. Il serait donc impossible de dire avec un microscope si un promeneur avait « sauté » ou « flotté » vers un nouvel emplacement plutôt que de franchir toutes les étapes intermédiaires.

Comme ils le rapportent cette semaine Nature Nanotechnologie , Su et ses collègues du groupe Bayley d'Oxford ont adopté une nouvelle approche pour détecter chaque pas d'un marcheur en temps réel. Leur solution ? Construire un marcheur à partir d'une molécule contenant de l'arsenic et détecter son mouvement sur une piste construite à l'intérieur d'un nanopore.

Les nanopores sont déjà à la base de la technologie pionnière de séquençage de l'ADN développée par le groupe Bayley et la société dérivée Oxford Nanopore Technologies. Ici, de minuscules pores de protéines détectent les molécules qui les traversent. Chaque base perturbe un courant électrique traversant le nanopore d'une quantité différente de sorte que la base d'ADN « lettres » (A, C, G ou T) peut être lu.

Dans cette nouvelle recherche, ils ont utilisé un nanopore contenant une piste formée de cinq « pieds » pour détecter comment un marcheur se déplaçait dessus.

« Nous ne pouvons pas « voir » le marcheur se déplacer, mais en cartographiant les changements dans le courant ionique circulant à travers le pore lorsque la molécule se déplace d'un pied à l'autre, nous sommes en mesure de tracer comment elle passe de l'un à l'autre et inversement, ', explique Su.

Pour s'assurer que le déambulateur ne s'envole pas, ils l'ont conçu pour avoir des «pieds» qui collent à la piste en créant et en rompant des liaisons chimiques. Su dit :« C'est un peu comme marcher sur un tapis avec de la colle sous les chaussures :à chaque pas, le pied du marcheur colle puis se décolle pour qu'il puisse passer au pied suivant. Cette approche pourrait permettre de concevoir une machine pouvant marcher sur une variété de surfaces.

C'est tout un exploit pour une si petite machine mais, comme Su est le premier à l'admettre, il y a encore bien d'autres défis à relever avant que les nanorobots programmables ne deviennent une réalité.

«Pour le moment, nous n'avons pas beaucoup de contrôle sur la direction dans laquelle le marcheur se déplace; ça bouge assez au hasard, ' Su me dit. « La piste protéinée est un peu comme une pente de montagne ; il y a une direction dans laquelle il est plus facile de marcher, donc les marcheurs auront tendance à suivre cette direction. Nous espérons pouvoir exploiter cette préférence pour construire des pistes qui dirigent un marcheur là où nous voulons qu'il aille.

Le prochain défi après ça sera pour un marcheur de se rendre utile en, par exemple, transporter une cargaison :il y a déjà de la place pour qu'il transporte une molécule sur sa « tête » qu'il pourrait ensuite emmener à un endroit souhaité pour accomplir une tâche.

Su commente :« Nous devrions être capables de concevoir une surface où nous pouvons contrôler le mouvement de ces marcheurs et les observer au microscope à travers la façon dont ils interagissent avec une très fine couche fluorescente. Cela permettrait de concevoir des puces avec différentes stations avec des marcheurs transportant des marchandises entre ces stations; donc les débuts d'un système de nanotransport.'

Ce sont les premiers pas provisoires d'une nouvelle technologie, mais ils promettent qu'il pourrait y avoir des progrès beaucoup plus importants à venir.