Étapes pour construire des connexions de nanotubes d'ADN entre des repères moléculaires. Crédit: Nature Nanotechnologie , 2016, Abdul M. Mohammed et autres
Dans un exploit microscopique qui ressemblait à un numéro de cirque à haute voltige, Des chercheurs de Johns Hopkins ont amené des nanotubes d'ADN à s'assembler en structures en forme de pont arquées entre deux repères moléculaires à la surface d'une assiette de laboratoire.
L'équipe a capturé des exemples de cette performance inhabituelle à l'échelle nanométrique sur vidéo.
Ce processus de pont d'auto-assemblage, qui pourra un jour être utilisé pour connecter des dispositifs médicaux électroniques à des cellules vivantes, a été rapporté par l'équipe récemment dans le journal Nature Nanotechnologie .
Pour décrire ce processus, auteur principal Rebecca Schulman, professeur adjoint de génie chimique et biomoléculaire à la Whiting School of Engineering de l'université, fait référence à une cascade défiant la mort montrée dans le film "Man on Wire". Le film dépeint la promenade en fil de fer de Philippe Petit en 1974 entre les tours jumelles du World Trade Center.
Schulman a souligné que la traversée réelle n'aurait pas pu être accomplie sans une pièce essentielle d'ingénierie à l'ancienne :le partenaire caché de Petit a utilisé un arc et des flèches pour lancer le fil à travers le gouffre entre les tours, permettant de le fixer à chaque structure.
"Un exploit comme celui-là était difficile à réaliser à échelle humaine, " a dit Schulman. " Pouvons-nous demander aux molécules de faire la même chose ? Pourrions-nous obtenir des molécules pour construire un « pont » entre d'autres molécules ou des points de repère sur des structures existantes ? »
Film en accéléré montrant la formation d'un pont de nanotubes d'ADN (vert) entre deux repères moléculaires (rouge et bleu) séparés de 6 microns. Le film a 5 ans, 000 fois accéléré par rapport au temps réel. Remarque :Pour rejouer le film, veuillez rafraîchir la page. Images vidéo avec l'aimable autorisation de Nature Nanotechnology, 2016, Abdul M. Mohammed, et. Al.
L'auteur principal du journal, Abdel Mohammed, un stagiaire postdoctoral au laboratoire de Schulman, ont utilisé une autre analogie pour décrire l'exploit de construction de ponts moléculaires qu'ils ont démontré à l'échelle nanométrique. « Si ce processus se produisait à l'échelle humaine, " Mahomet a dit, "Ce serait comme si une personne lançait une ligne de pêche d'un côté d'un terrain de football et essayait d'accrocher une personne debout de l'autre côté."
Pour accomplir cette tâche, les chercheurs se sont tournés vers les nanotubes d'ADN. Ces blocs de construction microscopiques, formé de courtes séquences d'ADN synthétique, sont devenus des matériaux populaires dans le domaine émergent de la construction nanotechnologique. Les séquences sont particulièrement utiles en raison de leur capacité à s'assembler en longues, structures en forme de tube connues sous le nom de nanotubes d'ADN.
Dans l'étude de Johns Hopkins, ces blocs de construction se sont attachés à des postes d'ancrage moléculaires séparés, représentant où le pont de connexion commencerait et finirait. Les segments formaient deux chaînes de nanotubes, chacun s'étendant loin de son poteau d'ancrage. Puis, comme des spaghettis dans une casserole d'eau bouillante, les chaînes de nanotubes s'allongeant se tortillaient, explorer leur environnement de manière aléatoire. Finalement, ce mouvement a permis aux extrémités des deux brins de nanotubes séparés d'entrer en contact l'un avec l'autre et de s'emboîter pour former une seule travée de pont de connexion.
Pour en savoir plus sur le déroulement de ce processus, les chercheurs ont utilisé des microscopes pour observer les liens entre les nanotubes et leurs repères moléculaires, qui ont été étiquetés avec des colorants fluorescents de différentes couleurs et attachés à du verre transparent. L'équipement vidéo de l'équipe a également capturé la formation de travées de nanotubes, au fur et à mesure que les deux segments de pont s'allongeaient et finissaient par se connecter. L'achèvement du pont nanométrique dans l'exemple ci-joint a pris environ six heures, mais les vidéos de l'équipe ont été considérablement accélérées pour permettre un examen plus rapide. En fonction de la distance à laquelle les piliers d'ancrage moléculaire étaient situés, le processus de connexion a duré de plusieurs heures à deux jours.
La capacité d'assembler ces ponts, disent les chercheurs, suggère une nouvelle façon de construire des dispositifs médicaux utilisant des fils, canaux ou d'autres dispositifs qui pourraient « se brancher » sur des molécules à la surface d'une cellule. De telles technologies pourraient être utilisées pour comprendre la communication des cellules nerveuses ou pour fournir des traitements avec une précision sans précédent. Construction de ponts moléculaires, les chercheurs ont dit, est également une étape vers la construction d'appareils en réseau et de « villes » à l'échelle nanométrique, permettant aux nouveaux composants d'une machine ou d'une usine de communiquer entre eux.
