Un nouveau logiciel permettra la création d’appareils plus complexes – Technoguide

Un jour, les scientifiques pensent que de minuscules robots à base d’ADN et d’autres nanodispositifs délivreront des médicaments à l’intérieur de notre corps, détecteront la présence d’agents pathogènes mortels et aideront à fabriquer des appareils électroniques de plus en plus petits.

Les chercheurs ont fait un grand pas vers cet avenir en développant un nouvel outil capable de concevoir des robots à ADN et des nanodispositifs beaucoup plus complexes que jamais auparavant en une fraction du temps.

Dans un article publié aujourd’hui (19 avril 2021) dans la revue Nature Materials, des chercheurs de l’Ohio State University – dirigés par l’ancien doctorant en génie Chao-Min Huang – ont dévoilé un nouveau logiciel qu’ils appellent MagicDNA.

Le logiciel aide les chercheurs à concevoir des moyens de prélever de minuscules brins d’ADN et de les combiner en structures complexes avec des pièces telles que des rotors et des charnières qui peuvent se déplacer et effectuer diverses tâches, y compris l’administration de médicaments.

Les chercheurs font cela depuis un certain nombre d’années avec des outils plus lents avec des étapes manuelles fastidieuses, a déclaré Carlos Castro, co-auteur de l’étude et professeur agrégé de génie mécanique et aérospatial à l’Ohio State.

“Mais maintenant, les nanodispositifs dont la conception nous a peut-être pris plusieurs jours auparavant ne nous prennent plus que quelques minutes”, a déclaré Castro.

Et maintenant, les chercheurs peuvent fabriquer des nanodispositifs beaucoup plus complexes – et utiles.

“Auparavant, nous pouvions construire des appareils avec jusqu’à six composants individuels et les connecter avec des articulations et des charnières et essayer de les faire exécuter des mouvements complexes”, a déclaré le co-auteur de l’étude Hai-Jun Su, professeur de génie mécanique et aérospatial à l’Ohio State .

«Avec ce logiciel, il n’est pas difficile de fabriquer des robots ou d’autres appareils comportant plus de 20 composants qui sont beaucoup plus faciles à contrôler. Il s’agit d’une étape considérable dans notre capacité à concevoir des nanodispositifs capables d’effectuer les actions complexes que nous souhaitons qu’ils fassent. . “

Le logiciel présente une variété d’avantages qui aideront les scientifiques à concevoir des nanodispositifs meilleurs et plus utiles et – espèrent les chercheurs – à raccourcir le délai avant leur utilisation quotidienne.

Un avantage est qu’il permet aux chercheurs de réaliser l’ensemble de la conception véritablement en 3D. Les outils de conception antérieurs ne permettaient la création qu’en 2D, obligeant les chercheurs à cartographier leurs créations en 3D. Cela signifiait que les concepteurs ne pouvaient pas rendre leurs appareils trop complexes.

Le logiciel permet également aux concepteurs de créer des structures d’ADN «de bas en haut» ou «de haut en bas».

Dans la conception «ascendante», les chercheurs prennent des brins individuels d’ADN et décident comment les organiser dans la structure qu’ils veulent, ce qui permet un contrôle précis de la structure et des propriétés des dispositifs locaux.

Mais ils peuvent également adopter une approche «descendante» dans laquelle ils décident de la manière dont leur dispositif global doit être façonné géométriquement, puis automatisent la façon dont les brins d’ADN sont assemblés.

La combinaison des deux permet d’augmenter la complexité de la géométrie globale tout en maintenant un contrôle précis sur les propriétés individuelles des composants, a déclaré Castro.

Un autre élément clé du logiciel est qu’il permet des simulations de la façon dont les dispositifs ADN conçus se déplaceraient et fonctionneraient dans le monde réel.

“Au fur et à mesure que vous complexifiez ces structures, il est difficile de prédire exactement à quoi elles vont ressembler et comment elles vont se comporter”, a déclaré Castro.

“Il est essentiel de pouvoir simuler le fonctionnement réel de nos appareils. Sinon, nous perdons beaucoup de temps.”

Pour démontrer la capacité du logiciel, la co-auteure Anjelica Kucinic, étudiante au doctorat en génie chimique et biomoléculaire à l’Ohio State, a conduit les chercheurs à créer et à caractériser de nombreuses nanostructures conçues par le logiciel.

Certains des appareils qu’ils ont créés comprenaient des bras de robot avec des griffes capables de ramasser des objets plus petits et une structure d’une centaine de nanomètres qui ressemblait à un avion («l’avion» est 1000 fois plus petit que la largeur d’un cheveu humain).

La capacité de fabriquer des nanodispositifs plus complexes signifie qu’ils peuvent faire des choses plus utiles et même effectuer plusieurs tâches avec un seul appareil, a déclaré Castro.

Par exemple, c’est une chose d’avoir un robot à ADN qui, après injection dans la circulation sanguine, peut détecter un certain pathogène.

“Mais un dispositif plus complexe peut non seulement détecter que quelque chose de mauvais est en train de se produire, mais peut également réagir en libérant un médicament ou en capturant l’agent pathogène”, a-t-il déclaré.

“Nous voulons pouvoir concevoir des robots qui répondent d’une manière particulière à un stimulus ou se déplacent d’une certaine manière.”

Castro a déclaré qu’il s’attend à ce que dans les prochaines années, le logiciel MagicDNA soit utilisé dans les universités et autres laboratoires de recherche. Mais son utilisation pourrait s’étendre à l’avenir.

«Il y a de plus en plus d’intérêt commercial pour la nanotechnologie de l’ADN», a-t-il déclaré. “Je pense que dans les cinq à dix prochaines années, nous commencerons à voir des applications commerciales de nanodispositifs à ADN et nous sommes optimistes que ce logiciel peut contribuer à cela.”

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