Présentation de la nanoturbine fabriquée à partir d’ADN
Les moteurs rotatifs jouent un rôle important dans la conversion d’un type d’énergie en un autre. Leur utilisation dans des machines allant des moulins à vent aux avions a contribué à façonner le monde tel que nous le connaissons. Dans notre corps, le travail de conversion de l’énergie est effectué par des turbines à l’échelle nanométrique telles que la protéine appelée ATP synthase que l’on trouve dans nos cellules. Alors qu’au cours de l’histoire, l’humanité a réussi à construire des moteurs rotatifs de différentes tailles à l’échelle macroscopique, la capacité à reproduire les moteurs biologiques sophistiqués de la nature à l’échelle nanométrique est restée un défi. De nouvelles recherches soutenues par les projets LoopingDNA et DNA ORIGAMI MOTORS, financés par l’UE, ouvrent désormais la voie à la concrétisation de ce projet. La recherche a été menée par une équipe internationale qui a réussi à démontrer expérimentalement des turbines en origami d’ADN à l’échelle nanométrique, conçues de manière rationnelle, et dotées de trois pales chirales. Leurs résultats ont été publiés dans la revue «Nature Nanotechnology». «Notre nanoturbine possède un rotor de 25 nanomètres de diamètre fabriqué à partir d’un matériau d’ADN avec des pales configurées dans le sens des aiguilles d’une montre ou dans le sens inverse des aiguilles d’une montre pour contrôler le sens de la rotation», explique l’auteur principal de l’étude, le Dr Xin Shi, du coordinateur du projet LoopingDNA basé à l’université technologique de Delft, aux Pays-Bas, dans un communiqué de presse publié sur «EurekAlert!». «Pour fonctionner, cette structure est ancrée dans un flux d’eau important, contrôlé par un champ électrique ou une différence de concentration en sel, à partir d’un nanopore, une minuscule ouverture, dans une fine membrane. Nous avons utilisé notre turbine pour entraîner une tige rigide jusqu’à 20 tours par seconde.»
Le sel de la vie
Qu’est-ce qui affecte la rotation de la nanoturbine en origami d’ADN? Le secret réside dans la concentration de sodium dans une solution. La turbine tourne dans le sens des aiguilles d’une montre ou dans le sens inverse, en fonction de la concentration en ions Na+ de la solution. «Cette caractéristique unique, exclusive à l’échelle nanométrique, résulte de l’interaction complexe entre les ions, l’eau et l’ADN», rapporte le communiqué de presse. Les nanoturbines artificielles fonctionnent de manière autonome dans des conditions physiologiques, convertissant l’énergie des potentiels électrochimiques naturellement abondants en travail mécanique. Cette capacité ouvre la voie à de nombreuses nouvelles applications. Par exemple, les scientifiques pourraient un jour être en mesure d’utiliser l’origami d’ADN pour construire des nanomachines qui administrent des médicaments à des types spécifiques de cellules dans le corps humain. S’appuyant sur leurs travaux antérieurs sur les nanomoteurs à flux, également soutenus par LoopingDNA (Bottom up biophysics approach to resolve the looping structure of chromosomes) et DNA ORIGAMI MOTORS (Constructing and powering nanoscale DNA origami motors), les chercheurs ont créé une turbine dont ils contrôlent entièrement la conception et le fonctionnement. L’importance de cette réalisation est soulignée par le Dr Xin Shi: «Nous avons dévoilé les principes fondamentaux de la propulsion d’un rotor à l’échelle nanométrique en utilisant de l’eau et du sel dans des nanopores. La percée de cette année, due à une conception rationnelle, marque la prochaine étape de notre parcours. Les principes fondamentaux de notre précédent article, combinés aux innovations de celui-ci, ouvrent la voie à l’avenir des machines transmembranaires biomimétiques, avec la possibilité d’exploiter l’énergie des gradients de sel, une source d’énergie vitale utilisée par les moteurs biologiques». Pour plus d’informations, veuillez consulter: projet LoopingDNA projet DNA ORIGAMI MOTORS
Mots‑clés
LoopingDNA, DNA ORIGAMI MOTORS, origami d’ADN, énergie, moteur, turbine, échelle nanométrique, nanoturbine
