Une illustration conceptuelle de microcapsules à base de nanoplaques d'ADN. Crédit :Masahiro Takinoue de l'Institut de technologie de Tokyo
Un groupe de recherche dirigé par Tokyo Tech rapporte un moyen de construire des microcapsules à base d'ADN qui sont très prometteuses pour le développement de nouveaux matériaux et dispositifs fonctionnels (Figure 1). Ils ont montré que de minuscules pores à la surface de ces capsules peuvent agir comme des canaux ioniques. Leur étude accélérera les progrès de l'ingénierie des cellules artificielles et de la robotique moléculaire, ainsi que la nanotechnologie elle-même.
basé sur l'ADN, les nanostructures auto-assemblées sont des éléments de construction prometteurs pour de nouveaux types de micro- et nanodispositifs pour des applications biomédicales et environnementales. De nombreuses recherches se concentrent actuellement sur l'ajout de fonctionnalités à de telles structures afin d'étendre leur polyvalence.
Par exemple, des capsules artificielles appelées liposomes qui ont une membrane lipidique-bicouche sont déjà utilisées avec succès comme capteurs, outils de diagnostic et systèmes d'administration de médicaments. Un autre groupe de capsules qui n'ont pas de bicouche lipidique mais sont plutôt composées d'une membrane de particules colloïdales, connu sous le nom d'émulsion de Pickering ou colloïdosomes, ont également un potentiel pour de nombreuses applications utiles sur le plan biotechnologique.
Maintenant, un groupe de recherche dirigé par le biophysicien Masahiro Takinoue de l'Institut de technologie de Tokyo rapporte un nouveau type d'émulsion de Pickering avec la fonctionnalité supplémentaire de canaux ioniques, une réalisation qui ouvre de nouvelles voies pour la conception de cellules artificielles et de robots moléculaires.
"Pour la première fois, nous avons démontré la fonction des canaux ioniques en utilisant des nanostructures d'ADN poreux sans la présence d'une membrane lipide-bicouche, " dit Takinoué.
Représentation des microcapsules à base de nanoplaques d'ADN :(a) Deux types de nanoplaques d'ADN (non poreux et poreux) ont été construits et modifiés pour conférer une hydrophobie à une face des nanoplaques. Les nanoplaques d'ADN amphiphiles qui en résultent s'auto-assemblent à l'interface huile-eau pour former des gouttelettes d'émulsion, ou des microcapsules, même sans membrane de support telle qu'une membrane lipidique. (b) Il a été démontré avec succès dans cette étude que les nanopores fonctionnent comme des canaux ioniques entre deux microcapsules. Crédit : Institut de technologie de Tokyo
La conception de l'équipe exploite les propriétés d'auto-assemblage des nanoplaques d'origami d'ADN. Les émulsions de Pickering résultantes sont stabilisées par la nature amphiphile des nanoplaques. (Voir Figure 2.)
L'une des implications les plus intéressantes de l'étude, Takinoue explique, est qu'il sera possible de développer des systèmes sensibles aux stimuli, basés sur le concept de commutation ouvert-fermé. De tels systèmes pourraient éventuellement être utilisés pour développer des réseaux de neurones artificiels imitant le fonctionnement du cerveau humain.
"En outre, un changement de forme sensible aux stimuli des nanoplaques d'ADN pourrait servir de force motrice pour la locomotion autonome, ce qui serait utile pour le développement de robots moléculaires, " dit Takinoue.
La présente étude met en évidence les forces de l'équipe dans la combinaison de la nanotechnologie de l'ADN avec une perspective fondée sur la biophysique et la physique de la matière molle.
