Les chercheurs de l'UNSW ont surmonté un défi de conception majeur sur la voie du contrôle des dimensions de ce que l'on appelle les nanorobots à ADN, des structures qui s'assemblent à partir de composants d'ADN.

Les nanorobots auto-assemblés peuvent ressembler à de la science-fiction, mais de nouvelles recherches en nanotechnologie de l'ADN les ont rapprochés de la réalité. Les futurs cas d'utilisation des nanobots ne se dérouleront pas seulement à petite échelle, mais inclure des applications plus larges dans le domaine de la santé et du médical, comme la cicatrisation des plaies et le débouchage des artères.

Chercheurs de l'UNSW, avec des collègues au Royaume-Uni, ont publié une nouvelle théorie de la conception dans ACS Nano sur le contrôle de la longueur des nanorobots auto-assemblés en l'absence de moule, ou modèle.

"Traditionnellement, nous construisons des structures en assemblant manuellement des composants dans le produit final souhaité. Cela fonctionne assez bien et facilement si les pièces sont volumineuses, mais au fur et à mesure que tu vas de plus en plus petit, cela devient plus difficile à faire, ", déclare l'auteur principal, le Dr Lawrence Lee, de l'UNSW Medicine's Single Molecule Science.

Les chercheurs en médecine sont déjà capables de construire des robots à l'échelle nanométrique qui peuvent être programmés pour effectuer de très petites tâches, comme positionner de minuscules composants électriques ou administrer des médicaments aux cellules cancéreuses.

A l'UNSW, les chercheurs utilisent des molécules biologiques, comme l'ADN, pour construire ces nanorobots. Dans un processus appelé auto-assemblage moléculaire, de minuscules composants individuels se construisent dans des structures plus grandes.

Le défi avec l'utilisation de l'auto-assemblage pour construire est de trouver comment programmer les blocs de construction pour construire la structure souhaitée, et les faire s'arrêter lorsque la structure est suffisamment longue ou haute.

Pour ce projet, les chercheurs de l'UNSW ont mis en œuvre leur conception en synthétisant des sous-unités d'ADN, appelé PolyBricks. Comme cela arrive dans les systèmes naturels, les blocs de construction sont chacun codés avec les plans directeurs pour s'auto-assembler en structures prédéfinies de longueur définie.

Le Dr Lee compare les PolyBricks aux microbots du film de science-fiction Big Hero Six, où les microbots s'auto-assemblent en une multitude de formations différentes.

"Dans le film, le robot ultime est un groupe de sous-unités identiques qui peuvent être chargées de s'auto-assembler dans n'importe quelle forme globale souhaitée, " dit le Dr Lee.

Les auteurs ont utilisé un principe de conception connu sous le nom d'accumulation de contraintes pour contrôler les dimensions de leurs structures construites.

"A chaque bloc que nous ajoutons, l'énergie de déformation s'accumule entre les PolyBricks, jusqu'à ce que finalement l'énergie soit trop grande pour que d'autres blocs puissent se lier. C'est le point auquel les sous-unités cesseront de s'assembler, " dit le Dr Lee.

Pour contrôler la longueur de la structure finale, c'est-à-dire combien de PolyBricks sont réunis - l'équipe de recherche a modifié la séquence dans leur conception d'ADN pour réguler la quantité de contrainte ajoutée à chaque nouveau bloc.

"Notre théorie pourrait aider les chercheurs à concevoir d'autres façons d'utiliser l'accumulation de contraintes pour contrôler les dimensions globales des auto-assemblages ouverts, " dit le Dr Lee.

Les auteurs disent que ce mécanisme pourrait être utilisé pour coder des formes plus complexes à l'aide d'unités d'auto-assemblage.

"C'est ce type de recherche fondamentale sur la façon dont nous organisons la matière à l'échelle nanométrique qui va nous conduire à la prochaine génération de nanomatériaux, nanomédecine, et nanoélectronique, ", déclare le titulaire d'un doctorat et l'auteur principal, Dr Jonathan Berengut.