L'ADN est certainement la base de la vie. Bientôt, il pourrait également être la base de vos appareils électroniques.

Une équipe de la Northwestern University a développé un nouvel ensemble de principes de conception pour la fabrication de cristaux photoniques similaires à ceux qui sont généralement utilisés en informatique, écrans de télévision et de smartphone. En utilisant de l'ADN synthétique pour assembler des particules en réseaux cristallins, les chercheurs ont ouvert la porte à des écrans beaucoup plus légers et plus minces par rapport à ce qui est actuellement disponible.

"La plupart des gens regardent l'écran d'un ordinateur portable tous les jours, mais peu de gens comprennent de quoi ils sont faits et pourquoi, " dit Georges Schatz, Charles E. et Emma H. ​​Morrison Professeur de chimie au Weinberg College of Arts and Sciences de Northwestern. "L'un des composants de l'écran est le réflecteur arrière, un dispositif semblable à un miroir qui dirige la lumière émise par l'écran LCD vers le spectateur. Ces réflecteurs sont fabriqués à partir de polymères en couches qui sont beaucoup plus épais et plus lourds que nos cristaux."

L'approche de Northwestern remplace non seulement ces polymères par des nanocristaux d'or, mais les espace également pour laisser de l'air parmi eux. Le résultat est un briquet, plus compact, structure conçue avec précision et reconfigurable qui est toujours hautement réfléchissante.

La recherche a été publiée en ligne hier dans le Actes de l'Académie nationale des sciences ( PNAS ). Schatz et Chad Mirkin, le directeur de l'Institut international de nanotechnologie de Northwestern et le professeur de chimie George B. Rathmann, ont été les auteurs co-correspondants de l'article.

Bien que l'ADN soit presque toujours associé à des organismes vivants, des simples bactéries aux humains complexes, l'ADN utilisé dans l'étude est synthétisé et manipulé chimiquement plutôt que dérivé de cellules vivantes. En 1996, Mirkin a inventé des moyens de lier l'ADN synthétique aux nanoparticules d'or pour produire de nouveaux matériaux introuvables dans la nature, pour essentiellement utiliser le « plan de la vie » pour programmer leur formation. Ces structures sont devenues la base de plus de 1, 800 produits utilisés dans le monde, principalement dans les sciences de la vie.

Puis, En 2008, Mirkin et Schatz ont collaboré pour fabriquer des cristaux à partir de particules liées par l'ADN. En attachant des brins d'ADN synthétique à de minuscules sphères d'or, le duo a découvert qu'ils pouvaient construire des structures cristallines tridimensionnelles. Changer la séquence de Gs du brin d'ADN, Comme, Ts et Cs modifient la forme de la structure cristalline, permettant aux chercheurs d'agencer les particules différemment dans l'espace. Plus de 500 types de cristaux, couvrant plus de 30 symétries cristallines différentes ont été réalisées en utilisant cette approche, ce qui en fait un moyen puissant et fondamentalement nouveau de programmer la formation de la matière cristalline.

Malgré des avancées sophistiquées dans ce travail depuis 2008, Mirkin et Schatz ne se sont pas rendu compte au départ que les réseaux cristallins qu'ils ont fabriqués en laboratoire avaient des propriétés optiques similaires aux couches de polymère trouvées dans les écrans d'appareils.

"Grâce à la modélisation informatique, nous avons réalisé par hasard que les matériaux cristallins avec des nanoparticules d'or avaient des propriétés que nous avons manquées plus tôt dans le travail, " a déclaré Schatz. " Nous avons ensuite optimisé les propriétés optiques à l'aide de calculs, et ceux-ci ont démontré que les sphères métalliques non-touchantes pouvaient, dans certains cas, être mieux que les sphères de polymère qui se touchent."

Après avoir fabriqué les cristaux en laboratoire, Les équipes de Mirkin et Schatz ont mesuré les propriétés optiques des cristaux pour constater que leur modélisation informatique était en effet correcte. Bien qu'ils n'aient testé que la nature réfléchissante du réseau cristallin dans le document PNAS actuel, la méthode pourrait conduire à de nombreux types de matériaux "concepteurs" fonctionnels utilisant l'auto-assemblage piloté par l'ADN.

"La généralité de l'approche et les règles de conception sont assez extraordinaires et indépendantes de la composition des particules, " a déclaré Mirkin. " Cela porte ce que nous avons initialement conçu dans les années 1990 à des sommets entièrement nouveaux. "