ADN, l'étoffe de la vie, peut très bien aussi provoquer un choc pour les ingénieurs qui tentent de faire avancer le développement de minuscules, appareils électroniques bon marché. Crédit :ASU
ADN, l'étoffe de la vie, peut très bien aussi provoquer un choc pour les ingénieurs qui tentent de faire avancer le développement de minuscules, appareils électroniques bon marché.
Un peu comme actionner votre interrupteur à la maison - uniquement sur une échelle 1, 000 fois plus petit qu'un cheveu humain - une équipe dirigée par l'ASU a maintenant développé le premier commutateur ADN contrôlable pour réguler le flux d'électricité dans un seul, molécule de taille atomique. La nouvelle étude, dirigé par Nongjian Tao, chercheur à l'ASU Biodesign Institute, a été publié dans le journal avancé en ligne Communication Nature .
"Il a été établi que le transport de charges est possible dans l'ADN, mais pour un appareil utile, on veut pouvoir activer et désactiver le transport de charge. Nous avons atteint cet objectif en modifiant chimiquement l'ADN, " dit Tao, qui dirige le Biodesign Center for Bioelectronics and Biosensors et est professeur à la Fulton Schools of Engineering. "Non seulement que, mais nous pouvons également adapter l'ADN modifié en tant que sonde pour mesurer les réactions au niveau d'une molécule unique. Cela fournit un moyen unique pour étudier les réactions importantes impliquées dans la maladie, ou des réactions de photosynthèse pour de nouvelles applications d'énergie renouvelable.
Les ingénieurs pensent souvent à l'électricité comme à l'eau, et le nouveau commutateur ADN de l'équipe de recherche agit pour contrôler le flux d'électrons activé et désactivé, tout comme l'eau qui sort d'un robinet.
Précédemment, Le groupe de recherche de Tao avait fait plusieurs découvertes pour comprendre et manipuler l'ADN afin de régler plus finement le flux d'électricité qui le traverse. Ils ont découvert qu'ils pouvaient faire en sorte que l'ADN se comporte de différentes manières et qu'ils puissent cajoler les électrons pour qu'ils s'écoulent comme des vagues selon la mécanique quantique, ou "sauter" comme des lapins dans la façon dont fonctionne l'électricité dans un fil de cuivre - créant une nouvelle voie passionnante pour l'ADN, applications nano-électroniques.
Tao a réuni une équipe multidisciplinaire pour le projet, dont Limin Xiang et Li Yueqi, étudiants postdoctoraux de l'ASU, réalisant des expériences sur banc, Julio Palma travaillant sur le cadre théorique, avec l'aide et la supervision des collaborateurs Vladimiro Mujica (ASU) et Mark Ratner (Northwestern University).
le groupe de Tao, modifié une seule des lettres chimiques emblématiques de la double hélice de l'ADN, abrégé en A, C, T ou G, avec un autre groupe chimique, appelé anthraquinone (Aq). L'anthraquinone est une structure carbonée à trois anneaux qui peut être insérée entre des paires de bases d'ADN, mais contient ce que les chimistes appellent un groupe redox (abréviation de réduction, ou gagner des électrons ou de l'oxydation, perdre des électrons). L'hélice Aq-ADN modifiée pourrait maintenant l'aider à effectuer le changement, se glisser confortablement entre les barreaux qui composent l'échelle de l'hélice d'ADN, et lui conférant une nouvelle capacité à gagner ou à perdre des électrons de manière réversible. Crédit :Institut de Biodesign, Université de l'État d'Arizona
Pour accomplir leur exploit d'ingénierie, le groupe de Tao, modifié une seule des lettres chimiques emblématiques de la double hélice de l'ADN, abrégé en A, C, T ou G, avec un autre groupe chimique, appelé anthraquinone (Aq). L'anthraquinone est une structure carbonée à trois anneaux qui peut être insérée entre des paires de bases d'ADN, mais contient ce que les chimistes appellent un groupe redox (abréviation de réduction, ou gagner des électrons ou de l'oxydation, perdre des électrons).
Ces groupes chimiques sont également à la base de la façon dont notre corps convertit l'énergie chimique grâce à des commutateurs qui envoient toutes les impulsions électriques dans notre cerveau, nos cœurs et communiquent des signaux au sein de chaque cellule qui peuvent être impliqués dans les maladies les plus répandues.
L'hélice Aq-ADN modifiée pourrait maintenant l'aider à effectuer le changement, se glisser confortablement entre les barreaux qui composent l'échelle de l'hélice d'ADN, et lui conférant une nouvelle capacité à gagner ou à perdre des électrons de manière réversible.
Par leurs études, quand ils ont pris en sandwich l'ADN entre une paire d'électrodes, ils contrôlaient soigneusement leur champ électrique et mesuraient la capacité de l'ADN modifié à conduire l'électricité. Ceci a été réalisé en utilisant une base de nano-électronique, un microscope à effet tunnel, qui agit comme la pointe d'une électrode pour terminer une connexion, étant tiré à plusieurs reprises dans et hors de contact avec les molécules d'ADN dans la solution comme un doigt touchant une goutte d'eau.
"Nous avons découvert que le mécanisme de transport des électrons dans le système anthraquinone-ADN actuel favorise le "saut" d'électrons via l'anthraquinone et les bases d'ADN empilées, " dit Tao. De plus, ils ont découvert qu'ils pouvaient contrôler de manière réversible les états de conductance pour activer l'ADN (haute conductance) ou l'éteindre (faible conductance). Lorsque l'anthraquinone a gagné le plus d'électrons (son état le plus réduit), c'est beaucoup plus conducteur, et l'équipe a finement tracé une image en 3D pour expliquer comment l'anthraquinone contrôlait l'état électrique de l'ADN.
Pour leur prochain projet, ils espèrent étendre leurs études pour faire un pas de plus vers la réalisation des nano-dispositifs à ADN.
« Nous sommes particulièrement ravis que l'ADN modifié fournisse un bon outil pour examiner la cinétique de la réaction redox, et la thermodynamique au niveau de la molécule unique, " dit Tao.
