Le potentiel des propriétés structurelles de l'ADN dans l'électronique à une seule molécule a finalement été exploité par des chercheurs de l'Institut de technologie de Tokyo (Tokyo Tech) dans un dispositif à jonction à une seule molécule qui montre une capacité d'auto-restauration spontanée. De plus, le dispositif, basé sur une configuration d'ADN "fermeture éclair", présente une conductivité électrique élevée non conventionnelle, ouvrant la voie au développement de nouveaux dispositifs nanoélectroniques.

Dans tout organisme avancé, la molécule appelée ADN (acide désoxyribonucléique, pour reprendre son nom complet) forme le code génétique. La technologie moderne fait progresser l'ADN au-delà de la matière vivante ; les scientifiques ont établi que les structures complexes de l'ADN ont rendu possible son utilisation dans les appareils électroniques de la nouvelle ère avec des jonctions ne comprenant qu'une seule molécule d'ADN. Cependant, comme dans toute entreprise ambitieuse, il y a des obstacles à surmonter. Il s'avère que la conductance d'une seule molécule diminue fortement avec la longueur de la molécule, de sorte que seules des portions d'ADN extrêmement courtes sont utiles pour les mesures électriques. Existe-t-il un moyen de contourner ce problème ?

Il s'agit, en effet, de suggérer des chercheurs du Japon dans une nouvelle étude révolutionnaire. Ils ont réussi à atteindre une conductivité élevée non conventionnelle avec une longue jonction à base de molécules d'ADN dans une configuration "fermeture éclair" qui montre également une capacité d'auto-restauration remarquable en cas de panne électrique. Ces résultats ont été publiés sous la forme d'un article de recherche dans Nature Communications .

Comment les chercheurs ont-ils réussi cet exploit ? Le Dr Tomoaki Nishino de Tokyo Tech, au Japon, qui faisait partie de cette étude, explique :"Nous avons étudié le transport d'électrons à travers la jonction d'une seule molécule d'un ADN "fermeture éclair" qui est orienté perpendiculairement à l'axe d'un nanogap entre deux métaux. Cette jonction à une seule molécule diffère d'une jonction conventionnelle non seulement dans la configuration de l'ADN mais aussi dans l'orientation par rapport à l'axe du nanogap."

L'équipe a utilisé un brin d'ADN 10-mer et 90-mer (qui indique le nombre de nucléotides, éléments constitutifs de base de l'ADN, comprenant la longueur de la molécule) pour former une structure en forme de fermeture éclair et les a attachés à une surface en or ou à la pointe métallique d'un microscope à effet tunnel, un instrument utilisé pour imager les surfaces au niveau atomique. La séparation entre la pointe et la surface constituait le "nanogap" qui a été modifié avec l'ADN de la fermeture éclair.

En mesurant une quantité appelée "courant tunnel" à travers ce nanogap, l'équipe a estimé la conductivité des jonctions d'ADN par rapport à un nanogap nu sans ADN. De plus, ils ont effectué des simulations de dynamique moléculaire pour donner un sens à leurs résultats à la lumière de la dynamique sous-jacente de "décompression" des jonctions.

Pour leur plus grand plaisir, ils ont découvert que la jonction d'une seule molécule avec le long ADN 90-mer présentait une conductance élevée sans précédent. Les simulations ont révélé que cette observation pouvait être attribuée à un système d'électrons π délocalisés qui pouvaient se déplacer librement dans la molécule. Les simulations ont également suggéré quelque chose d'encore plus intéressant :la jonction à une seule molécule pourrait en fait se restaurer, c'est-à-dire passer de "décompressée" à "compressée", spontanément après une panne électrique. Cela a montré que la jonction à une seule molécule était à la fois résiliente et facilement reproductible.

À la suite de ces découvertes, l'équipe est enthousiasmée par leurs futures ramifications technologiques. Un Dr Nishino optimiste spécule :"La stratégie présentée dans notre étude pourrait fournir une base pour des innovations dans l'électronique à l'échelle nanométrique avec des conceptions supérieures d'électronique à molécule unique qui pourraient probablement révolutionner la nanobiotechnologie, la médecine et les domaines connexes." + Explorer plus loin

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