Lorsqu'il s'agit de créer des nanotechnologies, on ne peut pas simplement le construire avec leurs mains. Au lieu, les chercheurs ont besoin de quelque chose de nanométrique capable de s'auto-assembler. L'origami d'ADN est une méthode de création de formes nanométriques en repliant des brins d'ADN. Cela peut être utilisé pour fabriquer des nanomachines, capteurs, et des nanorobots pour une utilisation dans des domaines allant de la biophysique à l'informatique physique.

Cependant, le processus de conception derrière ces structures nécessite que le concepteur conçoive à l'avance à quoi ressemble le produit final et conçoive des structures complexes pièce par pièce à partir de simples brins d'ADN. Ce processus prend énormément de temps et limite l'espace de conception possible qui peut être exploré.

Dans les années récentes, des outils semi-automatisés ont été lancés pour assister le processus de conception, et ces outils ont considérablement élargi les capacités des utilisateurs. Cependant, aucun outil de conception entièrement automatisé n'existait pour créer les structures d'origami d'ADN multicouches qui constituent la majorité des conceptions d'origami d'ADN utilisées aujourd'hui.

"Il existe un moyen plus efficace et plus puissant de concevoir ces structures, " dit Rebecca Taylor, un professeur adjoint de génie mécanique. "Ce manque de capacité automatisée pour générer un origami d'ADN multicouche a été un besoin majeur du domaine."

Une nouvelle approche de la conception d'origami ADN est venue d'une équipe de recherche interdisciplinaire de la CMU. Tito Babatunde, un doctorat en génie mécanique. étudiant, a proposé une nouvelle façon de générer et d'optimiser des conceptions de nanostructures d'origami d'ADN. Conseillé par Rebecca Taylor et Jonathan Cagan, elle a combiné leur expertise pour s'attaquer à la conception de nanostructures.

« Nous avons ici une véritable approche interdisciplinaire, " dit Cagan, un professeur de génie mécanique. "Nous avons pris deux domaines distincts et avons réalisé qu'ils se chevauchent et fournissent quelque chose de vraiment unique et qui peut faire progresser les capacités."

Cagan a été le pionnier d'une approche informatique générative appelée recuit de forme. Le recuit de forme est utilisé pour concevoir des structures complexes en étudiant un large éventail de conceptions avant de choisir la meilleure. Cette approche évite aux chercheurs de perdre du temps ou du matériel sur des conceptions défectueuses. Dans ce projet, Babatunde fusionne le recuit de forme avec la manière fondamentale dont l'ADN peut être joint et formé.

L'ADN suit un ensemble de règles simples qui dictent quels composés peuvent s'apparier. Puisque les règles sont bien comprises, les chercheurs peuvent tirer parti de leur prévisibilité. Les chercheurs commencent avec un seul brin d'ADN et l'« agrafent » dans la forme 2D ou 3D souhaitée. Une fois ce processus terminé, la nanostructure de l'ADN agit comme un échafaudage pour la dernière pièce de la nanotechnologie.

Dans leur papier, Babatunde et son équipe montrent que ce processus de génération de design fonctionne pour une variété de formes. En plus d'utiliser des formes de conception classiques, l'équipe a montré que leur programme fonctionne pour le lapin de Stanford, une forme complexe utilisée pour montrer la flexibilité de leur travail.

Prochain, Babatunde rendra l'algorithme plus généralisable. Les futurs projets pourraient inclure l'intégration de plus de contraintes, comme un revêtement extérieur ou une maille. En outre, l'équipe pourrait utiliser son algorithme dans d'autres situations ou explorer différents types d'algorithmes pour l'origami ADN. Babatunde, cependant, est très enthousiaste à l'idée de créer une pièce physique de nanotechnologie à partir de la structure de l'ADN.

"Je suis impatient d'utiliser non seulement notre approche pour concevoir des nanostructures, mais aussi de les construire en laboratoire, " a déclaré Babatunde. " C'est en construisant ces structures innovantes que cette technologie démontrera l'impact des nanomachines réactives pour l'administration de médicaments aux capteurs nanomécaniques et à la nanolithographie. "

Le document a été publié en Sciences appliquées dans le Conception mécanique en nanotechnologie de l'ADN probleme special.