Des chimistes utilisent l'ADN pour concevoir le plus petit thermomètre au monde
Publié par Adrien le 28/04/2016 à 00:00
Source: Université de Montréal

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. Illustration: Kotkoa.
Des chercheurs de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux...) de Montréal (Montréal est à la fois région administrative et métropole du Québec[2]. Cette grande agglomération canadienne constitue un centre majeur du...) ont conçu un thermomètre (Un thermomètre est un appareil qui sert à mesurer et à afficher la valeur des températures. C'est le domaine d'étude de la thermométrie.) programmable à base d'ADN qui est 20 000 fois plus petit qu'un cheveu humain. Cette avancée scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude d'un domaine avec la rigueur et les méthodes scientifiques.) publiée cette semaine dans la revue Nano Letters améliorera de façon significative notre compréhension des nanotechnologies issues de la nature et de l'homme (Un homme est un individu de sexe masculin adulte de l'espèce appelée Homme moderne (Homo sapiens) ou plus simplement « Homme »....) en permettant de mesurer la température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations de froid et de chaud, provenant du...) 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 (La génétique (du grec genno γεννώ = donner naissance) est la science qui étudie l'hérédité...) dans nos cellules se déroulent sous l'effet de la chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent : Quelle chaleur !). "Au cours des dernières années, les biochimistes ont également découvert que les biomolécules, comme les protéines, ou l'ARN, une molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui peut exister à l'état libre, et qui représente la plus petite quantité...) 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 nanométriques est que cette chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à l'instar de la physique et de la biologie avec...) 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 (Un capteur est un dispositif qui transforme l'état d'une grandeur physique observée en une grandeur utilisable, exemple : une tension électrique, une hauteur de...) optiques à ces structures d'ADN, nous pouvons concevoir des thermomètres d'une taille de 5 nm qui génèrent un signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe sous forme d'objets ayant des formes particulières. Les signaux lumineux sont employés depuis la nuit des temps...) 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 (Les nanosciences et nanotechnologies (NST) peuvent être définies a minima comme l'ensemble des études et des procédés de fabrication et de manipulation de...), et pourront même aider les scientifiques à mieux comprendre la biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant. Prise au sens large de science du vivant, elle recouvre une partie des sciences naturelles et de l'histoire naturelle des...) moléculaire. "Beaucoup de questions demeurent encore sans réponse en biologie, ajoute le professeur Vallée-Bélisle. Par exemple, nous savons que la température interne (En France, ce nom désigne un médecin, un pharmacien ou un chirurgien-dentiste, à la fois en activité et en formation à l'hôpital...) du corps humain (Le corps humain est la structure physique d'une personne.) 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 (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la...) est de déterminer si les nanomachines et les nanomoteurs développés par la nature depuis des millions d'années surchauffent également lorsqu'employés à grande vitesse (On distingue :). "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.

Remarques

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.

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 (Graphie) par l'homme.
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