Nanostructures d'ADN 3D

Pliage de l'ADN La nanotechnologie de l'ADN, qui ressemble au pliage du papier, a été développée il y a environ 30 ans. En 2006, Paul Rothemund du California Institute of Technology a démontré le pliage de longs brins d'ADN dans un large éventail de formes prédéterminées. Les nanostructures résultantes peuvent être utilisées comme échafaudage ou comme circuits imprimés miniatures pour assembler avec précision des composants tels que des nanotubes de carbone et des nanofils. et pour fabriquer de nouvelles nanostructures, un nouvel ensemble d'agrafes est nécessaire. De plus, les structures d'ADN ont tendance à s'agencer de manière aléatoire sur une surface de substrat rendant difficile leur intégration ultérieure dans des circuits électroniques. Brique d'ADN Pour surmonter la difficulté ci-dessus, des chercheurs de l'Université Harvard aux États-Unis ont développé une technique pour fabriquer des nanostructures 3D très complexes en assemblant des « briques » d'ADN synthétique. Les briques, qui sont comme de minuscules morceaux de LEGO, peuvent être assemblées dans une grande variété de formes et de configurations pour construire des nanostructures élaborées. Les chercheurs ont fabriqué des briques d'ADN par une technique d'auto-assemblage en commençant par de longs brins d'ADN en imbriquant de courts brins synthétiques d'ADN ensemble pour créer des structures plus grandes en contrôlant de manière appropriée les interactions locales entre les brins. La technique repose sur la méthode d'auto-assemblage de l'ADN en utilisant les quatre paires de bases de l'ADN - l'adénosine, la thymine, la cytosine et la guanine qui peuvent naturellement se joindre de manière spécifique pour fabriquer une collection de structures 2D. Technique La technique pour créer une structure 3D commence avec un brin de brique d'ADN plus petit de seulement 32 bases de long ayant quatre régions à lier à quatre brins de brique d'ADN voisins qui sont connectés à 90° et construits dans l'espace pour créer un cube moléculaire d'ADN contenant des centaines de briques. Chaque structure d'ADN s'auto-assemble en une brique codée avec une séquence individuelle qui détermine sa position finale dans la nanostructure. Chaque séquence ne sera attirée que par une séquence complémentaire afin que des formes spécifiques puissent être créées grâce à la sélection de différentes séquences. Candidature En utilisant la technique des briques d'ADN, il est possible de créer très facilement un certain nombre de structures à partir du même cube maître en sélectionnant simplement des sous-ensembles de briques d'ADN spécifiques. De nombreuses formes complexes peuvent être créées contenant des cavités complexes, des caractéristiques de surface et des canaux qui sont plus complexes que n'importe quelle structure d'ADN 3D construite jusqu'à présent. Des modifications peuvent également être apportées en ajoutant ou en supprimant des briques d'ADN sans changer la structure principale. Les chercheurs affirment que de nombreuses molécules invitées appropriées sur le plan technologique peuvent être incorporées dans des dispositifs fonctionnels qui pourraient servir de sondes moléculaires programmables, d'instruments pour l'imagerie biologique et de véhicules d'administration de médicaments et pour fabriquer des dispositifs inorganiques complexes à haut débit pour les applications électroniques et photoniques. Ils affirment en outre qu'en utilisant des polymères synthétiques plutôt que la forme naturelle de l'ADN, il peut être possible de créer des structures fonctionnelles stables dans une plus grande variété d'environnements différents. Les chercheurs affirment que les structures fabriquées à l'aide de la technique des briques d'ADN pourraient être utilisées dans une grande variété d'applications telles que les dispositifs médicaux intelligents pour l'administration ciblée de médicaments dans le corps, les sondes d'imagerie programmables et même la fabrication d'ordinateurs plus rapides et plus puissants. circuits de puces.puce à ADN Les puces électroniques sont utilisées dans les ordinateurs, les téléphones portables et autres appareils électroniques. IBM construit des micropuces à ADN à l'aide de nanostructures d'ADN. Il s'agit d'un effort pour utiliser des molécules biologiques pour aider au traitement dans l'industrie des semi-conducteurs, car les structures biologiques comme l'ADN offrent en fait des types de motifs répétitifs très reproductibles. Ce sera la structure de la prochaine génération et les fabricants de puces sont en concurrence pour développer les plus petites puces à un prix inférieur. Détection de gènes Une plate-forme de détection de gènes constituée de nanostructures d'ADN auto-assemblées a été réalisée à l'aide de 100 000 milliards de composants d'ADN réactifs et fonctionnels. En scannant les étiquettes différenciées attachées sur la masse, une lecture claire de la composition moléculaire d'une solution peut être obtenue. Cette méthode permettra le codage à barres de molécules individuelles pour une identification et une analyse faciles.Biodétection Une enquête menée par des chercheurs américains a abouti à des nanostructures entièrement composées de graphène et d'ADN. Lorsque les interactions entre les deux composants ont été suivies à l'aide d'une protéine fluorescente, il a été constaté que l'ADN simple brin interagit avec le composé carboné beaucoup plus fortement que son frère double brin. Lorsque de l'ADN complémentaire a été ajouté aux brins déjà sur le graphème, la protéine marqueur a commencé à briller avec une force renouvelée, indiquant que de nouvelles molécules d'ADN ont été formées, alors que les premiers brins se sont séparés de leur substrat de graphène. Selon les chercheurs, cette propriété pourrait ouvrir la voie à la création de nouvelles classes de biocapteurs. Les nanostructures de graphène-ADN seront utilisées dans les hôpitaux pour détecter des conditions telles que le cancer, les toxines dans les aliments en décomposition et altérés et également pour scanner des colis suspectés de contenir des armes biologiques. pour toute trace d'agents pathogènes. Machines à ADN L'Oxford Center for Soft and Biological Matter rapporte que l'élégante sélectivité de l'appariement de bases Watson-Crick fait de l'ADN un outil extrêmement utile pour la construction d'objets et de machines à l'échelle nanométrique. Des structures stables et des cycles mécaniques peuvent être programmés dans un système de brins simples par un choix judicieux des séquences de bases.Échafaudage de nanostructure d'ADN Des chercheurs de l'Arizona State University ont développé diverses formes et tailles de nanostructures d'ADN qui peuvent transporter des molécules pour déclencher une réponse immunitaire dans le corps. Ils ont déjà développé des nanostructures d'ADN qui pourraient fonctionner comme un matériau d'échafaudage et créé des complexes vaccinaux synthétiques ressemblant à des virus naturels sans le composant de la maladie. Des complexes vaccinaux synthétiques ont ensuite été attachés à des nanostructures d'ADN de forme pyramidale et de structures en forme de branche. Cela recèle un grand potentiel pour le développement de thérapies ciblées.Cristaux d'ADN Les chimistes de l'Université de New York ont ​​créé des structures d'ADN tridimensionnelles qui ont une gamme d'applications industrielles et pharmaceutiques potentielles, telles que la création de composants nanoélectroniques et l'organisation de cibles de récepteurs de médicaments pour permettre l'éclairage de leurs structures 3D. Les chercheurs ont créé des cristaux d'ADN en faire des séquences synthétiques d'ADN qui ont la capacité de s'auto-assembler en une série de motifs triangulaires en 3D. La création des cristaux dépendait de la mise en place d'"extrémités collantes" - de petites séquences cohésives à chaque extrémité du motif - qui s'attachent à d'autres molécules et les placent dans un ordre et une orientation définis. La constitution de ces bouts collants permet aux motifs de s'attacher les uns aux autres de façon programmée. En utilisant une technique de génie génétique, plusieurs hélices ont été reliées entre elles par des extrémités collantes à un seul brin, des structures en forme de treillis se sont formées qui s'étendent dans six directions différentes, produisant ainsi un cristal 3D.