Des chercheurs repoussent les limites des possibilités offertes par l’ADN, non seulement en termes d’applications biologiques, mais aussi en tant que composant de base pour l’électronique de nouvelle génération.
Dans une nouvelle étude, Josh Hihath, directeur du Centre de biodesign pour la bioélectronique et les biocapteurs et son équipe de l’université d’État de l’Arizona, ont démontré que l’ADN peut fonctionner comme un système de mémoire entièrement électronique et intégré à une puce. En contrôlant avec précision la façon dont les ions métalliques se lient au sein d’une molécule d’ADN, l’équipe a pu créer, visualiser et supprimer des données numériques sur une nanopuce qu’elle a elle-même conçue.
« L’ADN est depuis longtemps considéré comme une « mémoire génétique », a indiqué M. Hihath. « Nous voulions créer un système qui tire parti des capacités de stockage uniques de l’ADN, mais d’une manière directement compatible avec les systèmes électroniques. »
Le stockage traditionnel des données ADN repose sur le séquençage, un processus lent et laborieux qui n’est pas compatible avec les appareils électroniques actuels. Pour remédier à cela, son équipe a mis au point une nouvelle approche qui utilise la flexibilité chimique de l’ADN pour stocker des informations électroniquement.
Le système fonctionne en insérant des ions métalliques (plus précisément de l’argent et du mercure) entre les bases du brin d’ADN. En fonction du pH et de la tension électrique appliquée, différents ions se lient à la molécule, modifiant sa résistance électrique et basculant efficacement entre trois états distincts : +1, 0 et -1.
Ces changements réversibles créent un système de mémoire capable d’assurer les mêmes fonctions qu’un dispositif de stockage électronique classique, ce qui constitue une avancée majeure vers l’intégration de molécules biologiques dans l’électronique à semi-conducteurs.
« Les informations contenues dans notre ADN sont stockées sous forme d’ions métalliques qui se coordonnent avec des bases spécifiques », commente M. Hihath. « En modifiant la tension de grille, nous pouvons modifier le pH à proximité de l’ADN et contrôler les ions qui se lient, ce qui nous permet d’écrire, de lire et d’effacer des données. »
Il a fallu des années de travail pour mettre au point un dispositif stable et réutilisable à base d’ADN. L’équipe a utilisé des nanotubes de carbone comme électrodes ultra-petites pour maintenir en place les molécules d’ADN individuelles, leur permettant de fonctionner pendant des heures, voire des jours, sans dégradation. Lors des tests, le dispositif de mémoire a été soumis à 48 cycles, restant lisible tout au long du processus.
« Le plus grand défi a été de développer des dispositifs stables à base d’ADN », explique-t-il. « Notre architecture à base de nanotubes de carbone a rendu cela possible. »
Si le concept de mémoire à base d’ADN peut sembler futuriste, M. Hihath voit un potentiel immédiat dans d’autres domaines, en particulier la détection et le contrôle moléculaire.
« L’ADN pourrait être utilisé comme capteur où la présence de certains analytes déclenche une réaction chimique qui modifie ses propriétés électroniques », a-t-il déclaré. « Cela ouvre des possibilités dans les domaines de la chimie organique, de la découverte de médicaments, de la catalyse et bien d’autres encore. »
La possibilité de contrôler électroniquement les réactions chimiques au niveau d’une seule molécule pourrait transformer la manière dont les chercheurs conçoivent les matériaux à l’échelle nanométrique et les systèmes intelligents.
Le projet a été financé par le programme Growing Convergence Research de la National Science Foundation, qui rassemble des scientifiques de différentes disciplines pour s’attaquer à des problèmes complexes. Dans ce cas précis, des chimistes, des nanotechnologues et des ingénieurs en électronique ont uni leurs forces pour créer quelque chose qu’aucun domaine ne pouvait réaliser seul.
« Travailler avec ce groupe diversifié nous a ouvert de nouvelles façons de résoudre les problèmes et d’y réfléchir », a-t-il ajouté. « Cela a été une expérience très enrichissante. »
Pour M. Hihath et son équipe, cette recherche ne consiste pas seulement à créer un nouveau type de mémoire, mais aussi à réimaginer ce qui est possible lorsque la biologie et l’électronique se rencontrent.
« Cela montre que nous pouvons fabriquer des dispositifs électroniques stables à partir d’ADN, effectuer des opérations chimiques contrôlées sur une seule molécule et les lire électroniquement », a-t-il conclu. « C’est la base des technologies réelles basées sur l’ADN, et les systèmes de détection pourraient être les premiers à voir le jour. »
Article : « Electrical control of a metal-mediated DNA memory » – DOI : 10.1016/j.matt.2025.102470
Source : ASU
