Illustration d'un nanowalker bipède se déplaçant comme un ver rampant le long d'une piste. Le nanowalker a deux pattes d'ADN simple brin identiques (représentées par une courbe à trois segments colorée en violet, cyan et gris successivement). Les deux pattes sont reliées par un pont d'ADN en double hélice avec un composant "moteur" (orange et rose) qui se contracte ou s'allonge sous une lumière ultraviolette ou visible alternée. Le marcheur tire la jambe arrière vers l'avant lors de la contraction (comme indiqué), et pousse la jambe avant vers l'avant lors de l'allongement. Molécules fluorescentes (rouge, sphères de couleur verte et noire) attachées à différentes positions de la piste de marche sont utilisées pour détecter le mouvement du nanowalker. Crédit :Nanoéchelle
Les physiciens de NUS ont conçu un nanowalker bipède qui peut changer sa manière et sa direction de marche en ajustant la longueur de sa foulée. Les nanowalkers à base d'acide désoxyribonucléique (ADN) sont une classe de moteurs moléculaires qui sont explorés pour un large éventail d'applications potentielles à l'échelle nanométrique. Cela comprend la synthèse automatisée dépendante de la séquence, des chaînes d'assemblage à l'échelle nanométrique et des motifs de surface guidés par un marcheur.
Un nanomarche bipède peut se déplacer le long d'une piste dans les directions avant ou arrière en utilisant différents types de démarches (manière de marcher). Il peut adopter une démarche main sur main (HOH) dans laquelle les deux jambes du marcheur s'entraînent alternativement, ou suivre une démarche d'Inchworm (IW) dans laquelle une jambe mène toujours l'autre, comme un ver rampant. Pour que le même nanomarche puisse changer de direction et avoir différents types de démarches, cela représente un niveau plus élevé de contrôle du mouvement nanoscopique qui reste difficile.
Une équipe dirigée par le professeur Wang Zhisong du Département de physique, NUS a développé un nanowalker bipède qui peut basculer entre le mouvement avant et arrière et entre la démarche HOH et IW en changeant la taille de la foulée du marcheur. La piste sur laquelle le marcheur d'ADN « marche » est constituée d'un réseau périodique de prises d'ADN monocaténaires identiques séparées par une entretoise à double hélice. La taille de la foulée du déambulateur est contrôlée en modifiant la longueur de cette entretoise. L'équipe de recherche a découvert que lorsque l'entretoise est courte, le marcheur utilise une démarche IW et se déplace vers une direction de la piste ADN. Lorsque l'entretoise est allongée, le marcheur se déplace dans la direction opposée et passe à une démarche HOH. Lorsque l'entretoise est encore allongée, le marcheur continue d'avoir une démarche HOH mais inverse à nouveau la direction. Ces résultats montrent que la manière de marcher et la direction du mouvement du marcheur ADN peuvent être contrôlées en modifiant la taille de la foulée, qui correspond à la longueur de l'entretoise.
Le marcheur d'ADN a deux "jambes" monocaténaires identiques reliées entre elles par un pont moléculaire rigide qui peut passer d'une longue structure à double hélice à une courte structure quadruplex dans différentes conditions d'éclairage. En alternant lumière ultraviolette et lumière visible, le marcheur d'ADN subit une extension et une contraction réversibles au fur et à mesure qu'il change entre les structures en double hélice et en quadruplex. En raison d'une asymétrie dans le potentiel de liaison de ses "jambes" à la piste, un mouvement de marche est créé lorsque le marcheur DNA est tiré vers l'avant et vers l'arrière.
Le professeur Wang a dit, "En principe, l'alimentation en énergie et le contrôle de la taille de l'espaceur pourraient être intégrés dans la piste moléculaire pour développer des nanomarcheurs à entraînement mécanique avec une démarche et une direction bien contrôlées. Cela pourrait potentiellement être mis en œuvre en concevant les pistes moléculaires à l'aide de microscopes à force atomique ou de pinces magnétiques/optiques. »
