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Des scientifiques créent des bras robotiques à ADN télécommandés ultra-rapides


Des chercheurs allemands ont développé un bras nanorobotique à ADN alimenté par des champs électriques qui est des centaines de fois plus rapide que les itérations précédentes. Des scientifiques de l'Université technique de Munich (TUM) décrivent leurs recherches dans la revue scientifique Science, en disant: «Une commutation précise et contrôlée par ordinateur du bras entre des positions arbitraires sur la plate-forme peut être réalisée en quelques millisecondes.»

«Par rapport à d’autres« systèmes robotiques »ou chaînes d’assemblage déjà démontrés, le mouvement et le positionnement des composants électriquement sont beaucoup plus rapides.»

Les anciennes machines moléculaires à ADN ne pouvaient pas se déplacer plus rapidement en raison de leur dépendance aux signaux moléculaires de l’ADN. Ces premiers marcheurs d'ADN ont utilisé une gamme de manipulations moléculaires d'ADN pour opérer, notamment: «l'hybridation d'ADN avec des« brins de carburant »d'ADN ajoutés de l'extérieur, l'action d'enzymes coupant l'ADN, un changement des conditions du tampon (comme les niveaux de pH), ou l'utilisation des photoswitches chimiques, comme l'azobenzène, qui peuvent collecter la lumière pour déclencher des réactions.

Selon Friedrich Simmel, professeur à TUM et co-auteur de la recherche, ces marcheurs reposant sur des signaux moléculaires étaient très lents. Travaillant généralement à des échelles de temps allant de plusieurs heures à plusieurs jours. «Par rapport à d’autres« systèmes robotiques »ou chaînes d’assemblage déjà démontrés, le mouvement et le positionnement des composants électriquement sont beaucoup plus rapides», a déclaré Simmel. "Nous estimons que c'est environ 100 000 fois plus rapide que les marcheurs ADN classiques."

L'ADN plié fournit une base rigide

Simmel et son équipe ont commencé leur voyage vers les marcheurs d'ADN plus rapides, avec une technique établie de longue date pour l'auto-assemblage moléculaire, le merveilleusement nommé «origami ADN». Cette technique a été largement utilisée dans l'industrie des semi-conducteurs pour créer de minuscules puces. L'origami d'ADN utilise des brins d'ADN qui ont été pliés dans des structures un peu comme une sculpture en origami complexe.

Les chercheurs de TUM ont utilisé cette technique pour créer une base rigide d'ADN avec un long bras connecté, tous fabriqués à partir de molécules d'ADN. Le bras est fixé à la plaque avec un joint flexible. Cette structure est ensuite placée sur une piscine d'eau dans laquelle les scientifiques créent des champs électriques. L'ADN est chargé négativement et peut donc être manipulé par des champs électriques. Les scientifiques pourraient contrôler la direction de l'ADN en utilisant le champ électrique et, ce faisant, introduire un mouvement dans le bras de l'ADN. Nous pouvons créer des «sites d’arrimage» sur la plaque de base », a déclaré Simmel. «On peut donc utiliser les champs électriques pour déplacer le bras d'une position définie sur la plaque à une autre. Nous pouvons également éteindre le terrain après avoir placé le bras sur un site d'amarrage particulier, où il reste si le site de liaison est suffisamment solide. » Le changement de champ électrique est suffisant pour provoquer un mouvement dans le bras, il n'est donc pas nécessaire d'ajouter d'autre carburant externe. «La manipulation électrique de l'ADN est très rapide et les champs électriques peuvent même être utilisés pour réduire la stabilité des interactions d'amarrage de l'ADN et ainsi accélérer le détachement du bras de la plaque», a ajouté Simmel.

Possibilités de fabrication

Simmel dit que le bras a le potentiel d'aider à l'assemblage de structures moléculaires complexes, cependant, le but du travail était de découvrir un moyen plus efficace de manipuler les nanodispositifs d'ADN. "Il est peu probable que nous puissions réaliser bientôt une fabrication moléculaire" à usage général ", mais étant donné le bon type de chimie et les mécanismes appropriés de captage et de libération, il est concevable qu'une forme simple de fabrication moléculaire devienne possible", a déclaré Simmel.


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