Une équipe de chercheurs de Russie et d'Israël, dont des scientifiques du MIPT, a fabriqué des nanofils à partir de molécules d'ADN et de nanoparticules d'argent. Les résultats de la recherche ont été publiés dans Matériaux avancés et figurent sur la couverture du journal.

À mesure que les circuits et les appareils deviennent plus petits et plus efficaces, l'électronique conventionnelle approche d'une limite technologique. Améliorer et miniaturiser les dispositifs électriques et optiques nécessite des composants nanométriques. Une approche prometteuse consiste à opter pour l'électronique moléculaire, qui sont basés sur des composants monomoléculaires. Les nanofils pourraient être utilisés comme composant de base dans les circuits. La structure de l'ADN et sa capacité d'auto-assemblage en font une molécule très pratique pour la fabrication de nanofils.

"Si les molécules d'ADN présentaient une conductivité électrique durable, nous verrions bientôt une nouvelle génération de circuits électroniques et d'appareils électriques. Cependant, la conductivité de l'ADN se trouve être très faible dans certaines circonstances, surtout lorsque la molécule est déposée sur un substrat dur. Nous avons découvert qu'une molécule d'ADN composée de paires guanine-cytosine (GC-ADN) peut interagir avec des nanoparticules d'argent en « capturant » les atomes du métal. Au fur et à mesure que des atomes d'argent sont introduits dans l'ADN, la molécule subit une métallisation, " dit Dmitri Klinov, le chef du Laboratoire de nanotechnologies médicales au Centre fédéral de recherche et de clinique de médecine physico-chimique et professeur au Département de médecine moléculaire et translationnelle du MIPT.

Les propriétés fascinantes de l'ADN ne se limitent pas à la capacité de stocker des informations génétiques. C'est l'un des principaux candidats pour les nanoconducteurs à utiliser en électronique moléculaire. Les auteurs de l'étude ont révélé un certain nombre de caractéristiques particulières de l'ADN dans leurs recherches antérieures. Premièrement, il présente des propriétés supraconductrices lorsqu'il est placé entre deux supraconducteurs (un phénomène connu sous le nom de supraconductivité induite par la proximité). Deuxièmement, les molécules d'ADN peuvent effectuer le transport de charge, mais leur conductivité varie en fonction du substrat sur lequel ils sont déposés. Le transport de charges peut être facilité en introduisant des atomes métalliques le long du double brin, bien qu'il soit difficile d'obtenir leur répartition uniforme sur toute la longueur de la molécule. Par conséquent, la métallisation ne se produit pas dans certaines régions de la molécule, ce qui altère sa conductivité électrique globale. Les auteurs de l'étude ont découvert que l'ADN-GC, qui est constitué d'un brin guanine et d'un brin complémentaire cytosine, peuvent être traités avec des nanoparticules d'argent pour donner une structure uniformément métallisée.

La métallisation est un processus relativement simple qui consiste à ajouter du GC-ADN à une solution de nanoparticules d'argent recouvertes d'oligonucléotides et à l'incuber pendant deux à trois jours. Les particules interagissent avec l'ADN en faisant don de leurs atomes (voir schéma), et finalement la molécule entière est uniformément métallisée. Les scientifiques appellent la molécule à base d'ADN résultante E-DNA (la lettre E signifie "électrique"). L'E-ADN est plus rigide et plus résistant à la déformation mécanique que l'ADN double brin canonique (dsDNA). Il n'est pas non plus digéré par les enzymes spécifiques de la molécule mère. Comme le montre la microscopie à force atomique, la molécule d'ADN-E a une hauteur augmentée (1,1 nm), par rapport à l'ADNds parent (0,7 nm).

"Comme les atomes de métal sont répartis uniformément le long de la molécule d'ADN, nous nous attendons à ce que le nanofil soit un bon conducteur, " explique Dmitri Klinov.

L'équipe prévoit de mener d'autres recherches sur les propriétés de l'ADN-E et les mécanismes de métallisation.