Un guide à molécule unique pour mieux comprendre les réactions chimiques – Technoguide

Les scientifiques visent globalement à contrôler les réactions chimiques – un objectif ambitieux qui nécessite d’identifier les étapes prises par les réactifs initiaux pour arriver aux produits finaux au fur et à mesure de la réaction. Bien que ce rêve reste à réaliser, les techniques de sondage des réactions chimiques sont devenues suffisamment avancées pour le rendre possible. En fait, les réactions chimiques peuvent désormais être surveillées en fonction du changement des propriétés électroniques d’une seule molécule! Grâce au microscope à effet tunnel (STM), cela est également simple à réaliser. Pourquoi ne pas alors utiliser une approche à molécule unique pour découvrir également les voies de réaction?

Dans cet objectif, des scientifiques de l’Institut de technologie de Tokyo, au Japon, ont décidé d’explorer l ‘«hybridation» de l’ADN (formation d’un ADN double brin à partir de deux ADN simple brin) en mesurant les changements de conductivité électrique à une seule molécule à l’aide d’un STM. «Les enquêtes sur une seule molécule peuvent souvent révéler de nouveaux détails sur les processus chimiques et biologiques qui ne peuvent pas être identifiés dans une collection en vrac de molécules en raison de la moyenne du comportement des molécules individuelles», explique le professeur Tomoaki Nishino, qui faisait partie de l’étude, récemment publiée en science chimique.

Les scientifiques ont attaché un ADN simple brin (ADNsb) à une pointe STM en or et ont utilisé un film d’or plat pour y coller le brin complémentaire via un processus appelé «adsorption». Ils ont ensuite appliqué une tension de polarisation entre la pointe STM revêtue et la surface en or et ont amené la pointe extrêmement près de la surface sans la toucher. Ceci, à son tour, a permis à un courant de circuler dans l’espace intermédiaire en raison d’un processus connu sous le nom de «tunnel quantique». Les chimistes ont surveillé la variation temporelle de ce courant tunnel pendant que les brins d’ADN interagissaient les uns avec les autres.

L’équipe a obtenu des traces de courant représentant des régions de plateau formées de fortes pentes et des baisses subséquentes du courant de tunnel. En outre, ces plateaux ne se sont pas formés lorsque la surface de l’or n’a pas été modifiée avec de l’ADN ss ou a été modifiée avec un brin non complémentaire. Sur cette base, les scientifiques ont attribué les plateaux à la formation d’un ADN double brin (ADNdb) résultant de l’hybridation de l’ADN ss sur la pointe du STM et la surface. De manière équivalente, ils ont attribué la diminution brutale du courant à la rupture ou à la «déshybridation» de l’ADNdb en raison de l’agitation thermique.

L’équipe a ensuite étudié la cinétique (évolution temporelle de la réaction) des processus de déshybridation et d’hybridation à l’aide de résultats expérimentaux et de simulations de dynamique moléculaire. Le premier a révélé une conductance plateau indépendante de la concentration d’ADN, confirmant que les mesures actuelles reflétaient la conductance d’une seule molécule, tandis que le second suggérait la formation d’un intermédiaire d’ADN partiellement hybridé qui ne pouvait pas être détecté à partir de la conductance seule.

Fait intéressant, l’efficacité d’hybridation était plus élevée pour les échantillons à haute concentration d’ADN, ce qui contredit les conclusions d’une étude précédente réalisée avec une solution d’ADN ss en vrac. Les chimistes ont attribué cette observation à l’absence de diffusion en masse dans leur étude.

“Ces nouvelles connaissances devraient contribuer à améliorer les performances de nombreux diagnostics basés sur l’ADN”, observe le professeur Nishino, enthousiasmé par les résultats, “De plus, notre méthode peut être étendue à l’étude des réactions chimiques intermoléculaires entre une variété de molécules uniques, permettant une compréhension mécaniste des réactions chimiques ainsi que la découverte d’une nouvelle réactivité chimique du point de vue d’une seule molécule. “

Source de l’histoire:

Matériel fourni par l’Institut de technologie de Tokyo. Remarque: le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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