Tout le monde fait des erreurs. La biologie n'est pas différente. Cependant, les organismes vivants ont certains mécanismes de correction des erreurs qui permettent à leurs biomolécules de s'assembler et de fonctionner malgré le marécage défectueux qui est un sous-produit naturel du processus.
Une collaboration dirigée par Cornell a développé des particules magnétiques à l'échelle microscopique qui peuvent imiter la capacité des matériaux biologiques tels que les protéines et les acides nucléiques à s'auto-assembler en structures complexes, tout en réduisant sélectivement les déchets parasites qui autrement obstrueraient la production.
Cette plate-forme d'assemblage magnétique pourrait un jour inaugurer une nouvelle classe de dispositifs biomimétiques et de machines à microscope.
Les résultats sont publiés dans le Actes de l'Académie nationale des sciences. Les auteurs principaux de l'article sont des chercheurs postdoctoraux Zexi Liang et Melody Lim.
Pendant des années, Itai Cohen, professeur de physique, et Paul McEuen, professeur de sciences physiques de John A. Newman, émérite, tous deux au Collège des arts et des sciences, ont exploré comment le pouvoir contraignant des aimants peut être exploité pour la conception de systèmes d'auto-assemblage micro-et nanométriques.
Tout a commencé avec un jouet populaire.
« Paul venait tout le temps dans mon bureau et pitchait des idées folles, et je dirais toujours: » Non, non, non « », a déclaré Cohen. « Et puis un jour, il est entré dans mon bureau avec un ensemble de Magna-Tiles. Et j'étais comme, oui, ce que nous pouvons faire. «
L'idée était de miniaturiser essentiellement l'ensemble du bâtiment magnétique en fabriquant des structures et des machines à l'échelle des micron à l'installation de science et technologique en nanosme à l'échelle de Cornell (CNF) et d'étudier ce qui se passe lorsque les informations sont codées dans des blocs de construction individuels de taille micromètre.
« Nous voulions voir jusqu'où nous pouvons aller », a déclaré Cohen. « C'est l'aboutissement de ce travail. »
L'un des points de collation dans les systèmes d'auto-assemblage n'est que cela: les systèmes sont souvent coincés dans des états intermédiaires déformés – des « produits parasites », qui réduisent les œuvres et réduisent l'efficacité.
Cependant, les systèmes biologiques ont un moyen de compenser: en pompant l'énergie sous forme d'enzymes et d'adénosine triphosphate (ATP), ils peuvent rendre les intermédiaires plus difficiles à se former et plus faciles à les briser. Ce mécanisme de correction des erreurs permet au système d'atteindre la structure correcte avec une haute fidélité.
« Nous avons introduit un nouveau« bouton », qui est des champs magnétiques, comme un moyen de mettre en œuvre une stratégie de correction des erreurs», a déclaré Cohen.
Les chercheurs ont créé des panneaux monomères plats ornés de centaines d'aimants, chacun environ 500 nanomètres de long et 50 nanomètres de large, afin qu'ils aient tous la même force magnétique.
Liang et Lim ont passé trois années « exténuantes » à développer une recette pour faire les panneaux par lithographie, a déclaré Cohen. Bien que les dipôles magnétiques soient tous de la même ampleur, la direction des dipôles peut être contrôlée de sorte que lorsqu'elle est entraînée par un champ magnétique rotatif, les particules tournent autour, se heurtent et se lient finalement pour faire des dimères, des trimères et des tétramères.
Parce que les dipôles magnétiques s'annulent mutuellement lorsque les particules forment des tétramères, ces structures cibles sont imperméables au champ magnétique, tandis que les panneaux monomère, dimère et trimère continuent de tourner.
Mais ce processus ne se traduit que la moitié des panneaux formant leur structure de tétramère prévue, avec l'autre moitié flottant comme des produits parasites.
Travaillant avec un groupe dirigé par le professeur Michael Brenner de l'Université Harvard, Liang et Lim ont déterminé qu'il y avait un endroit idéal dans lequel suffisamment de mélange magnétique fera fondre les États intermédiaires, mais pas tellement pour faire fondre les tétramères.
« Ce que nous faisons avec ce cyclisme, c'est de trouver un moyen de déstabiliser vraiment les états intermédiaires afin que le système n'ait en quelque sorte pas le choix, sauf pour accumuler un grand nombre de tétramères au lieu de rester coincé », a déclaré Lim.
Cyclé suffisamment de fois, le rendement des fusées de 50% à plus de 95%, avec peu de produits parasites restants.
Ce mécanisme de correction des erreurs, également connu en biologie sous le nom de «relecture», pourrait rendre l'auto-assemblage efficace, suffisamment précis et productif pour l'ingénierie des technologies miniatures, telles que les microled, selon Liang.
« C'est à ce moment que nous avons besoin de ce genre d'approche d'auto-assemblage avec une très bonne précision, afin que le rendement soit suffisamment élevé pour un usage de fabrication réel », a-t-il déclaré.
