Les ingénieurs biomédicaux ont construit des machines simples à partir d'ADN, constitué de tableaux dont les unités basculent de manière réversible entre deux formes différentes.

Les inventeurs des réseaux disent qu'ils pourraient être exploités pour fabriquer des capteurs ou des amplificateurs nanotechnologiques. Potentiellement, ils pourraient être combinés pour former des portes logiques, les parties d'un ordinateur moléculaire.

Les propriétés des baies sont programmées pour publication en ligne par Science .

Les machines à ADN peuvent relayer des bits d'information discrets à travers l'espace ou amplifier un signal, dit l'auteur principal Yonggang Ke, Doctorat, professeur adjoint au département de génie biomédical Wallace H. Coulter de Georgia Tech et Emory.

"Dans le domaine de l'informatique basée sur l'ADN, l'ADN contient l'information, mais les molécules flottent en solution, " dit Ke. "Ce qui est nouveau ici, c'est que nous relions les pièces ensemble dans une machine physique."

De la même manière, plusieurs laboratoires ont déjà fabriqué des machines nanotechnologiques telles que des pincettes et des déambulateurs à partir d'ADN. Ke dit que le travail de son équipe avec les puces à ADN met en lumière la façon de construire des structures plus complexes, comportements dynamiques.

Les structures des rangées ressemblent à des portes de sécurité rétractables de style accordéon. L'extension ou la contraction d'une unité pousse les unités voisines à changer également de forme, fonctionnant comme une cascade de dominos dont les tuiles sont connectées.

Les unités des réseaux tirent leur stabilité de l'énergie gagnée lorsque les doubles hélices d'ADN s'empilent. Pour être stable, les quatre segments des unités peuvent s'aligner par paires côte à côte dans deux orientations différentes. En laissant de côté un brin de l'ADN au bord d'un réseau, les ingénieurs créent un déclencheur externe. Lorsque ce brin est ajouté, il comprime l'unité de bord en une forme changeante (voir l'illustration).

Pour visualiser les puces à ADN, les ingénieurs ont utilisé la microscopie à force atomique. Ils ont construit des réseaux rectangulaires 11x4 et 11x7, a ajouté des brins de déclenchement et a pu observer la propagation en cascade de l'unité d'angle au reste du réseau.

Les cascades des matrices peuvent être arrêtées ou reprises à des emplacements sélectionnés en concevant des points d'arrêt dans les matrices. Les conversions de forme des unités sont modulées par la température ou des dénaturants chimiques.

Pour référence, les réseaux rectangulaires mesurent environ 50 nanomètres de large et quelques centaines de nanomètres de long - légèrement plus petits qu'un virion du VIH ou de la grippe.

Pour construire les structures de puces à ADN, les ingénieurs ont utilisé à la fois l'origami (plier un long brin "d'échafaudage" avec des centaines de brins "de base") et des approches de briques modulaires. Les deux types de réseaux s'auto-assemblent grâce à des brins d'ADN trouvant leurs brins complémentaires en solution. L'approche de l'origami a conduit à des structures plus stables dans des conditions de température élevée ou de dénaturation.

Dans le Science papier, les ingénieurs ont montré qu'ils pouvaient construire des rectangles et des tubes d'unités de réseau. Ils comprennent également un cuboïde qui a trois conformations de base, plus que les unités matricielles à deux dimensions avec deux conformations. Ke dit que son équipe travaille sur de plus grandes, des machines plus complexes aux formes tridimensionnelles, qui peut être fait en utilisant les mêmes principes de conception de base.