In DNA, scientists find solution to building superconductor that could transform technology

Des scientifiques de la faculté de médecine de l’Université de Virginie et leurs collaborateurs ont utilisé l’ADN pour surmonter un obstacle presque insurmontable afin de concevoir des matériaux qui révolutionneraient l’électronique.

Un résultat possible de ces matériaux d’ingénierie pourrait être des supraconducteurs, qui ont une résistance électrique nulle, permettant aux électrons de circuler sans entrave. Cela signifie qu’ils ne perdent pas de puissance et ne génèrent pas de chaleur, contrairement aux supports de transmission électrique d’aujourd’hui. Le développement d’un supraconducteur qui pourrait être largement utilisé à température ambiante, plutôt qu’à des températures extrêmement élevées ou basses comme c’est désormais possible, pourrait conduire à des ordinateurs ultrarapides, réduire la taille des appareils électroniques, permettre aux trains à grande vitesse de flotter dans des aimants et réduire la consommation d’énergie, entre autres avantages.

Un tel supraconducteur a été proposé pour la première fois il y a plus de 50 ans par le physicien de Stanford William A. Little. Les scientifiques ont passé des décennies à essayer de le faire fonctionner, mais même après avoir validé la viabilité de leur idée, ils ont été confrontés à un défi qui semblait impossible à surmonter. Jusqu’à maintenant.

Edward H. Egelman, Ph.D., du Département de biochimie et de génétique moléculaire de l’UVA, a été un chef de file dans le domaine de la cryo-microscopie électronique (cryo-EM), et lui et Leticia Beltrán, une étudiante diplômée de son laboratoire , a utilisé l’imagerie cryo-EM pour ce projet apparemment impossible. “Cela montre”, a-t-il dit, “que la technique cryo-EM a un grand potentiel dans la recherche sur les matériaux.”

Ingénierie au niveau atomique

Une façon possible de concrétiser l’idée de Little pour un supraconducteur est de modifier des réseaux de nanotubes de carbone, des cylindres creux de carbone si petits qu’ils doivent être mesurés en nanomètres, milliardièmes de mètre. Mais il y avait un défi de taille : contrôler les réactions chimiques le long des nanotubes afin que le réseau puisse être assemblé avec la précision nécessaire et fonctionner comme prévu.

Egelman et ses collaborateurs ont trouvé une réponse dans les éléments constitutifs mêmes de la vie. Ils ont pris de l’ADN, le matériel génétique qui indique aux cellules vivantes comment fonctionner, et l’ont utilisé pour guider une réaction chimique qui surmonterait la barrière supraconductrice de Little. En bref, ils ont utilisé la chimie pour réaliser une ingénierie structurelle incroyablement précise : la construction au niveau des molécules individuelles. Le résultat était un réseau de nanotubes de carbone assemblés selon les besoins du supraconducteur à température ambiante de Little.

“Ce travail démontre que la modification ordonnée des nanotubes de carbone peut être obtenue en exploitant le contrôle de la séquence d’ADN sur l’espacement entre les sites de réaction adjacents”, a déclaré Egelman.

Le réseau qu’ils ont construit n’a pas encore été testé pour la supraconductivité, mais il offre une preuve de principe et a un grand potentiel pour l’avenir, selon les chercheurs. “Alors que la cryo-EM est devenue la technique de pointe en biologie pour déterminer les structures atomiques des assemblages de protéines, elle a eu jusqu’à présent beaucoup moins d’impact sur la science des matériaux”, a déclaré Egelman, dont les travaux antérieurs l’ont amené à être intronisé à la National Academy of Sciences, l’une des plus hautes distinctions qu’un scientifique puisse recevoir.

Egelman et ses collègues affirment que leur approche guidée par l’ADN de la construction de réseaux pourrait avoir une grande variété d’applications de recherche utiles, en particulier en physique. Mais cela valide également la possibilité de construire le supraconducteur à température ambiante de Little. Les travaux des scientifiques, combinés à d’autres avancées dans les supraconducteurs ces dernières années, pourraient à terme transformer la technologie telle que nous la connaissons et conduire à un avenir beaucoup plus “Star Trek”.

“Alors que nous pensons souvent à la biologie en utilisant les outils et les techniques de la physique, nos travaux montrent que les approches développées en biologie peuvent être appliquées à des problèmes de physique et d’ingénierie”, a déclaré Egelman. “C’est ce qui est si excitant dans la science : ne pas être en mesure de prédire où nos travaux nous mèneront.”

Les chercheurs ont publié leurs découvertes dans la revue les sciences.