Nanotechnologie en ADN

La structure en ADN à gauche s'assemblera d'elle-même pour former la structure à droite, visionnée par microscope à force atomique[6].

La nanotechnologie se définit comme l'étude de matériaux et appareils dont les composants sont à une échelle inférieure à 100nm. La nanotechnologie en ADN, en particulier, est un exemple d'un auto-assemblage moléculaire d'en bas, où les composants moléculaire s'organisent spontanément pour former des structures stables. Leur forme particulière est décidée par les propriétés des composants que sélectionnent les concepteurs. Dans ce domaine, les éléments sont des brins d'acides nucléiques, tels que l'ADN, qui conviennent bien à la construction naine étant donné qu'un double hélice d'acide nucléique a un diamètre de 2 nm et un intervalle de 3,5 nm. La propriété fondamentale qui rendent les acides nucléiques plus adaptés que d'autres matériaux est que la liaison entre deux brins nucléiques dépend de règles d'appariement simples et bien compris. Ainsi, on peut maîtriser l'assemblage de ces structures grâce à un agencement pensé des acides nucléiques. Ce trait n'existe pas chez les autres matériaux utilisés dans la nanotechnologie, y compris les protéines (dont leur conception s'avère difficile) et les particules naines, incapables de s'assembler d'elles-mêmes.

La structure d'une molécule d'acide nucléique se compose d'une suite de nucléotides, définis par la base nucléique qu'ils contiennent. Les quatre bases de l'ADN sont l'adénine (A), la cytosine (C), la guanine (G) et la thymine (T). Les bases ne se lient qu'à une base complémentaire, c'est-à-dire A à T, et C à G. Parce que la formation de paires bien assorties est efficace sur le plan énergétique, on s'attend à l'assemblage des brins d'acide nucléique ayant le plus d'appariements corrects. Ainsi, la suite de bases des brins définit les liaisons et la structure d'ensemble d'une façon qu'on peut facilement maîtriser.

Les structures construites par la nanotechnologie en ADN profitent d'acides nucléiques (noyaïques) ramifiés, alors que la plupart d'ADN biologique est en double hélice sans bifurcations. Une des structures les plus simples est une jonction à quatre bras composée de quatre brins d'ADN, dont certaines portions s'accordent dans un agencement spécifique. À la différence d'une jonction de Holliday naturelle, chaque bras de la jonction artificielle figée a une différente séquence de bases, fixant la croisée de la jonction dans une certaine position. Plusieurs jonctions peuvent être nouées dans le même complexe, comme la forme courante de la double-croisée (DX), qui comprend deux doubles hélices parallèles avec une croisée des brins à deux points. Sur place, chaque croisement est lui-même une jonction à quatre bras, limitée à une seule orientation par opposition à la jonction flexible, ce qui garantit une rigidité apte à son rôle comme composante de structures en ADN plus grandes.

La nanotechnologie en ADN dynamique se concentre sur la création de systèmes en acide nucléique dotés de fonctions dynamiques, c'est-à-dire leur capacité de se déplacer.