image: L’équipe de recherche du professeur Alexis Vallée-Bélisle a conçu des thermomètres à base d’ADN qui permettent de mesurer la température à l’échelle nanométrique. Ce type de nanothermomètre ouvre la voie à de nombreuses possibilités, notamment déterminer l’effet de la température à l’échelle nanométrique tant pour mieux comprendre les nanotechnologies issues de la nature que celles nouvellement mises au point par l’homme. view more
Credit: Kotkoa.
MONTRÉAL, le 27 avril 2016 - Des chercheurs de l'Université de Montréal ont conçu un thermomètre programmable à base d'ADN qui est 20 000 fois plus petit qu'un cheveu humain. Cette avancée scientifique publiée cette semaine dans la revue Nano Letters améliorera de façon significative notre compréhension des nanotechnologies issues de la nature et de l'homme en permettant de mesurer la température à l'échelle nanométrique.
Il y a plus de 60 ans, les chercheurs ont découvert que les molécules d'ADN utilisées pour coder l'information génétique dans nos cellules se déroulent sous l'effet de la chaleur. « Au cours des dernières années, les biochimistes ont également découvert que les biomolécules, comme les protéines, ou l'ARN, une molécule qui s'apparente à l'ADN, peuvent-être utilisées comme nanothermomètres par les organismes vivants en signalant les variations de température en se repliant ou en se dépliant, explique le professeur Alexis Vallée-Bélisle, qui a dirigé l'étude. En nous inspirant de ces nanothermomètres naturels qui sont 20 000 fois plus petits qu'un cheveu humain, nous avons créé diverses structures d'ADN qui peuvent s'enrouler et se dérouler à des températures spécifiques prédéfinies. »
L'un des principaux avantages de l'ADN comme matériel pour concevoir un thermomètre nanométrique est que cette chimie est relativement simple : les molécules d'ADN affichent une capacité d'assemblage programmable. « L'ADN est composé de quatre molécules connues sous le nom de nucléotides : le nucléotide A se lie faiblement au nucléotide T, tandis que le nucléotide C se lie fortement au nucléotide G, explique David Gareau, premier auteur de l'étude. L'application de cette règle simple nous permet de créer des structures d'ADN qui s'enroulent et se déroulent à des températures spécifiques et prédéfinies. » « En ajoutant des capteurs optiques à ces structures d'ADN, nous pouvons concevoir des thermomètres d'une taille de 5 nm qui génèrent un signal lumineux facilement détectable en fonction de la température », ajoute Arnaud Desrosiers, co-auteur de l'étude.
Ces thermomètres nanométriques ouvrent la voie à de nombreuses applications dans le domaine en pleine émergence de la nanotechnologie, et pourront même aider les scientifiques à mieux comprendre la biologie moléculaire. « Beaucoup de questions demeurent encore sans réponse en biologie, ajoute le professeur Vallée-Bélisle. Par exemple, nous savons que la température interne du corps humain est maintenue à 37 °C, mais nous ignorons s'il y a des variations de température importantes à l'échelle nanométrique au sein de chaque cellule ». L'une des questions actuellement à l'étude par l'équipe de recherche est de déterminer si les nanomachines et les nanomoteurs développés par la nature depuis des millions d'années surchauffent également lorsque employés à grande vitesse. « Dans un futur proche, il est probable également que les nanothermomètres à base d'ADN puissent être intégrés aux appareils électroniques de manière à mesurer et contrôler la température à l'échelle nanométrique », conclut le professeur Vallée-Bélisle.
Cette recherche a bénéficié de l'aide financière du Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada. Alexis Vallée-Bélisle, professeur au Département de chimie et au Département de biochimie de l'Université de Montréal, a publié l'article « Programmable, quantitative, DNA-base nanothermometers » dans la revue Nano Letters, le 27 avril 2016.
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Nano Letters