Nano percée – valve à molécule unique

Un changement de paradigme révolutionnaire se profile à l’horizon qui transformera la synthèse chimique et biochimique.

La communauté scientifique envisage d’utiliser de minuscules particules comme blocs de construction pour construire des choses, de la même manière que nous assemblons des choses avec des composants mécaniques. Cependant, le défi réside dans le fait que les molécules sont incroyablement petites, environ un cent millionième de la taille d’une balle de softball, et se déplacent de manière aléatoire dans les liquides, ce qui rend difficile leur contrôle et leur manipulation en une seule forme.

Pour surmonter cet obstacle, les « dispositifs nanofluidiques » capables de transporter des molécules à travers des canaux remarquablement étroits, de dimensions comparables à un million de pailles, ont suscité un intérêt en tant que moyen de contrôler directement des molécules individuelles dans des solutions.

Une équipe de recherche conjointe dirigée par le professeur agrégé Yan Xu de la Graduate School of Engineering de l’Université métropolitaine d’Osaka a réussi à réguler le flux de molécules uniques en solution en ouvrant et en fermant une nanovalve dans un nanodispositif via une pression externe.

Flux d’une seule molécule de Cy3 dans un nanocanal. Crédit : Yan Shu, Université métropolitaine d’Osaka

L’équipe de recherche a fabriqué un dispositif nanofluidique avec une plaque de verre mince et flexible sur le dessus et une plaque de verre rigide avec de minuscules structures formant des nanocanaux et des sièges en nanotissu sur le fond. En appliquant une pression externe sur la plaque de verre flexible pour ouvrir et fermer la vanne, ils ont réussi à contrôler et à contrôler directement le flux de molécules individuelles en solution.

Ils ont également découvert que lorsqu’ils piégeaient des molécules fluorescentes uniques dans l’espace nanométrique à l’intérieur de la valve, la fluorescence des molécules uniques devenait plus brillante. Cela s’est produit parce que le petit espace rendait difficile le déplacement aléatoire des molécules individuelles.

Le professeur Xu a déclaré que « cet effet de l’amplification du signal de fluorescence pourrait aider à détecter de très petites quantités d’agents pathogènes pour le diagnostic précoce de maladies telles que le cancer et la maladie de Parkinson, sans nécessiter d’équipement coûteux ».

Les résultats de cette étude pourraient constituer une étape importante vers l’assemblage libre de matériaux utilisant des molécules uniques comme blocs de construction en solution. Cette technologie a le potentiel d’être utile dans divers domaines, tels que le développement de médicaments spécifiquement pour les maladies rares et la création de meilleurs écrans et batteries. Ses applications sont illimitées.

« Nous avons relevé plusieurs défis en proposant et en promouvant le concept de ‘chimie d’ordre à molécule unique (SMRC)’, dans lequel les molécules sont traitées comme des unités de construction et tous les processus impliqués dans les réactions chimiques et biochimiques en solution sont effectués sur une base de molécule unique,  » a déclaré le professeur Xu. La valve à molécule unique représente la première étape vers l’objectif, qui pourrait un jour révolutionner la chimie, la biologie et la science des matériaux, ainsi que transformer diverses industries. « 

Référence : « Dispositif nanofluidique hybride flexible à base de verre pour permettre une régulation active des flux de molécules uniques » Par Hiroto Kawagishi, Shun Ichi Funano, Yu Tanaka et Yan Xu, 6 mars 2023, disponible ici. nano lettres.
DOI : 10.1021/acs.nanolett.2c04807

L’étude a été financée par l’Association japonaise pour la promotion de la science, le ministère de l’Éducation, de la Culture, des Sports, de la Science et de la Technologie, l’Agence japonaise pour la Science et la Technologie et le SiMS de l’Université préfectorale d’Osaka.