Utiliser l'ADN pour guider l'auto-assemblage de structures moléculaires
Les interactions entre des molécules entières ou des parties de molécules, à cause de leurs caractéristiques électriques, magnétiques ou structurelles, se traduisent par la formation de nouveaux composés ou structures. Il suffit de considérer la formation de gouttes d'eau sur une plaque de verre: aucun corps n'est formé, mais il apparaît une certaine structure à cause de la tension superficielle et des interactions électrostatiques entre les molécules d'eau. L'ADN (acide désoxyribonucléique) est de fait un composé particulièrement versatile en matière d'auto-assemblage. Considéré en deux dimensions, il ressemble à une échelle qui peut s'ouvrir ou se fermer comme une fermeture éclair, et dont les barreaux sont formés de paires d'éléments complémentaires à partir de la répartition complexe des charges et des interactions électrochimiques. L'auto-assemblage guidé par des séquences d'ADN est encore à ses débuts, mais de nombreux travaux expérimentaux et théoriques y ont été consacrés. Par exemple, en recouvrant des colloïdes nanométriques ou micrométriques par des polymères d'où dépassent de courtes séquences d'ADN monobrin (un seul côté de l'échelle), on peut déclencher la formation de réseaux colloïdaux en trois dimensions lorsque ces séquences d'ADN rencontrent la séquence complémentaire portée par un autre colloïde. Cependant, le manque de compréhension détaillée de la thermodynamique et de la cinétique de l'auto-assemblage guidé par ADN a limité le contrôle sur le processus et donc les produits réalisables. Le projet DNAColloids («Self-assembly of DNA-coated colloidal particles») s'est attaqué à ces limitations à l'aide d'algorithmes innovants de modélisation théorique basée sur les conditions expérimentales. Les chercheurs ont conçu un modèle mathématique qui simule adéquatement les interactions électrostatiques du squelette de l'ADN. Ils l'ont simplifié afin de rendre les calculs possibles, en déterminant le système minimal de paramètres capables de simuler l'activité voulue. Ils ont alors réalisé des simulations de type Monte-Carlo pour modéliser les liaisons particulières entre les extrémités complémentaires. Les outils de modélisation du projet DNAColloids permettent de prévoir les propriétés de systèmes quelconques de colloïdes recouverts d'ADN. Ils autorisent également la conception assistée par ordinateurs de briques de base recouvertes d'ADN, et représentent un progrès important en matière d'auto-assemblage contrôlé de structures complexes.
