Une équipe de chercheurs de l'Université de Californie, Davis et l'Université de Washington ont démontré que la conductance de l'ADN peut être modulée en contrôlant sa structure, ouvrant ainsi la possibilité d'une utilisation future de l'ADN comme commutateur électromécanique pour le calcul à l'échelle nanométrique. Bien que l'ADN soit communément connu pour son rôle biologique en tant que molécule de la vie, il a récemment suscité un intérêt considérable pour une utilisation en tant que matériau à l'échelle nanométrique pour une grande variété d'applications.

Dans leur article publié en Communication Nature , l'équipe a démontré que changer la structure de la double hélice d'ADN en modifiant son environnement permet de contrôler de manière réversible la conductance (la facilité avec laquelle passe un courant électrique). Cette capacité à moduler structurellement les propriétés de transport de charge peut permettre la conception de nanodispositifs uniques basés sur l'ADN. Ces appareils fonctionneraient en utilisant un paradigme complètement différent de celui de l'électronique conventionnelle d'aujourd'hui.

"Au fur et à mesure que l'électronique devient plus petite, elle devient de plus en plus difficile et coûteuse à fabriquer, mais les dispositifs basés sur l'ADN pourraient être conçus de bas en haut en utilisant des techniques d'auto-assemblage dirigé telles que « l'origami d'ADN », " dit Josh Hihath, professeur adjoint d'ingénierie électrique et informatique à l'UC Davis et auteur principal de l'article. L'origami d'ADN est le pliage de l'ADN pour créer des formes bidimensionnelles et tridimensionnelles à l'échelle nanométrique.

"Des progrès considérables ont été réalisés dans la compréhension de la mécanique de l'ADN, de construction, et les propriétés d'auto-assemblage et l'utilisation de ces propriétés pour concevoir des structures à l'échelle nanométrique. Les propriétés électriques, cependant, ont généralement été difficiles à contrôler, " dit Hihath.

Nouveau twist sur l'ADN ? Paradigmes possibles pour l'informatique

En plus des avantages potentiels de la fabrication à l'échelle nanométrique, de tels dispositifs basés sur l'ADN peuvent également améliorer l'efficacité énergétique des circuits électroniques. La taille des appareils a été considérablement réduite au cours des 40 dernières années, mais comme la taille a diminué, la densité de puissance sur la puce a augmenté. Les scientifiques et les ingénieurs ont exploré de nouvelles solutions pour améliorer l'efficacité.

"Il n'y a aucune raison pour que le calcul soit fait avec des transistors traditionnels. Les premiers ordinateurs étaient entièrement mécaniques et fonctionnaient plus tard sur des relais et des tubes à vide, " a déclaré Hihath. " Le passage à une plate-forme électromécanique pourrait éventuellement nous permettre d'améliorer l'efficacité énergétique des appareils électroniques à l'échelle nanométrique. "

Ce travail démontre que l'ADN est capable de fonctionner comme un interrupteur électromécanique et pourrait conduire à de nouveaux paradigmes pour l'informatique.

Pour développer l'ADN en un interrupteur réversible, les scientifiques se sont concentrés sur la commutation entre deux conformations stables de l'ADN, connu comme la forme A et la forme B. Dans l'ADN, la forme B est le duplex d'ADN conventionnel qui est communément associé à ces molécules. La forme A est une version plus compacte avec un espacement et une inclinaison différents entre les paires de bases. L'exposition à l'éthanol force l'ADN à prendre la forme A, ce qui entraîne une augmentation de la conductance. De la même manière, en éliminant l'éthanol, l'ADN peut revenir à la forme B et revenir à sa valeur de conductance réduite d'origine.

Un pas vers l'informatique moléculaire

Afin de développer cette découverte en une plate-forme technologiquement viable pour l'électronique, les auteurs ont également noté qu'il reste encore beaucoup de travail à faire. Bien que cette découverte fournisse une démonstration de principe de la commutation électromécanique dans l'ADN, il reste généralement deux obstacles majeurs à surmonter dans le domaine de l'électronique moléculaire. D'abord, des milliards de dispositifs moléculaires actifs doivent être intégrés dans le même circuit comme cela se fait actuellement en électronique conventionnelle. Prochain, les scientifiques doivent être capables de verrouiller des dispositifs spécifiques individuellement dans un système aussi vaste.

"Finalement, l'aspect de gating environnemental de ce travail devra être remplacé par un signal mécanique ou électrique afin d'adresser localement un seul appareil, " a noté Hihath.