En utilisant des structures d'ADN comme échafaudages, Tim Liedl, un scientifique de Ludwig-Maximilians-Universitaet (LMU) à Munich, a montré que des nanoparticules d'or positionnées avec précision peuvent servir de transmetteurs d'énergie efficaces.

Depuis la création du domaine en 2006, des laboratoires du monde entier ont exploré l'utilisation de « l'origami d'ADN » pour l'assemblage de nanostructures complexes. La méthode est basée sur des brins d'ADN avec des séquences définies qui interagissent via un appariement de bases localisé. "A l'aide de brins courts avec des séquences appropriées, nous pouvons connecter des régions spécifiques de longues molécules d'ADN ensemble, un peu comme former des structures tridimensionnelles en pliant une feuille de papier plate d'une certaine manière, " comme l'explique le professeur Tim Liedl de la Faculté de physique de LMU.

Image et image miroir

Liedl a maintenant utilisé l'origami ADN pour construire des objets chiraux, c'est-à-dire des structures qui ne peuvent être superposées par aucune combinaison de rotation et de translation. Au lieu de cela, ils possèdent « de l'habilité », et sont des images miroir l'une de l'autre. Ces paires diffèrent souvent par leurs propriétés physiques, par exemple, dans la mesure où ils absorbent la lumière polarisée. Cet effet peut être exploité de plusieurs manières. Par exemple, c'est la base de la spectroscopie CD (le 'CD' signifie ici 'dichroïsme circulaire'), une technique qui est utilisée pour élucider la configuration spatiale globale des composés chimiques, et même des protéines entières.

En vue d'assembler des structures métalliques chirales, Liedl et son groupe ont synthétisé des structures ADN-origami complexes qui fournissent des sites de liaison positionnés avec précision pour la fixation de nanoparticules d'or sphériques et en forme de bâtonnet. L'échafaudage sert donc de gabarit ou de moule pour le placement de nanoparticules à des positions prédéterminées et dans une orientation spatiale définie. "On peut assembler un objet chiral basé uniquement sur l'arrangement des nanoparticules d'or, " dit Liedl

L'or n'est pas seulement chimiquement robuste, en tant que métal noble, il présente ce que l'on appelle des résonances plasmoniques de surface. Les plasmons sont des oscillations électroniques cohérentes qui sont générées lorsque la lumière interagit avec la surface d'une structure métallique. "On peut imaginer ces oscillations comme les vagues qui sont excitées lorsqu'une bouteille d'eau est secouée parallèlement ou perpendiculairement à son grand axe, " dit Liedl.

Des nanoparticules d'or comme transmetteurs d'énergie

Des oscillations excitées dans des particules d'or spatialement contiguës peuvent se coupler, et les plasmons dans les expériences de Liedl se comportent comme une image et une image miroir, grâce à leur disposition chirale sur l'échafaudage en origami. "Ceci est confirmé par nos mesures spectroscopiques CD, " dit Liedl. Dans les expériences, les structures chirales sont irradiées avec une lumière polarisée circulairement et le niveau d'absorption est mesuré en pourcentage de l'entrée. Cela permet de distinguer les arrangements pour droitiers et gauchers.

En principe, deux nanotiges en or devraient suffire pour la construction d'objet chiral, car ils peuvent être disposés soit sous la forme d'un L ou d'un L inversé. Cependant, les tiges utilisées dans les expériences étaient relativement éloignées (à l'échelle nanométrique) et les plasmons excités dans l'une avaient peu d'effet sur ceux générés dans l'autre, c'est-à-dire que les deux sont à peine couplés l'un à l'autre. Mais Liedl et ses collègues avaient un tour dans leur sac. Par une refonte appropriée de la structure de l'origami, ils ont pu positionner une nanosphère d'or entre la paire de tiges en forme de L, qui a effectivement amplifié le couplage. La spectroscopie CD a révélé la présence de transitions énergétiques, confirmant ainsi l'hypothèse que l'équipe avait tirée des simulations.

Liedl envisage deux cadres potentiels dans lesquels ces nanostructures pourraient trouver une application pratique. Ils pourraient être utilisés pour détecter des virus, puisque la liaison des acides nucléiques viraux à une particule d'or amplifiera le signal CD. En outre, les émetteurs plasmoniques chiraux pourraient servir de modèles de dispositifs de commutation dans les ordinateurs optiques, dans lequel les éléments optiques remplacent les transistors qui sont les chevaux de bataille des calculateurs électroniques.