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No  8 - Mars 2001
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Du côté des labos
Fils d'ADN, la panacée des futurs nanocircuits intégrés ?
Par christophe Jacquemin - 16 mars 2001
 

Des chercheurs français et Russes viennent de montrer que la molécule d'ADN pouvait conduire l'électricité. Les applications potentielles pourraient concerner à long terme la mise au point de nanocircuits intégrés à base de fils moléculaires d'ADN.


L'ADN est-t-il résistant ou conducteur ?
Jusqu'à présent certains le considéraient comme un très bon isolant, d'autres comme doté de propriétés conductrices... Des résultats contradictoires pouvant s'expliquer par la difficulté de réaliser de bons contacts électriques entre la molécule d'ADN et les électrodes de mesures. Très souvent, les connexions entre la molécule et les contacts métalliques constituent des jonctions tunnel, dont la résistance varie énormément d'un échantillon à l'autre. Rappelons en effet que lorsqu'une fine barrière isolante est placée entre deux métaux, un mécanisme quantique permet aux électrons de franchir cette barrière(1) et donne lieu à une résistance électrique entre les deux métaux. D'où l'importance du choix du matériau qui constitue les contacts lors de la mesure...

Les scientifiques du laboratoire de physique des solides d'Orsay (unité CNRS/université de Paris XI) et de l'Académie des Sciences de Moscou semblent avoir réglé la question : au lieu d'utiliser de l'or comme à l'habitude, ils ont eu l'idée ici d'utiliser deux contacts composés d'une bicouche constituée de rhénium supraconducteur et de carbone (Re/C). Choix judicieux puisqu'il a montré qu'il conduisait à un bien meilleur accrochage entre les électrodes et les fils moléculaires d'ADN, ceci permettant au courant électrique de circuler.

Représentation schématique des échantillons étudiés, constitués de molécules d'ADN étalées entre deux contacts RE/C supraconducteurs © CNRS
 
Représentation schématique des
échantillons étudiés, constitués
de molécules d'ADN étalées entre
deux contacts RE/C supraconducteurs


 
Les mesures ont été réalisées sur des molécules d'ADN d'une épaisseur de l'ordre du milliardième de mètre (ou nanomètre) étendues entre des électrodes distantes de 0,5 microns (la moitié d'un millionième de mètre). Elles ont montré que l'ADN était aussi bon conducteur qu'un fil de cuivre de diamètre comparable. A température ambiante, la résistance électrique des échantillons n'est que de 20 kilo-Ohms, ce qui correspond à la meilleure conduction électrique observée à ce jour pour l'ADN.

Les chercheurs ont par ailleurs montré que cette résistance augmentait très peu avec une baisse de la température : 30% d'augmentation lorsqu'on passe de 20°C (soit 293 K) à 1 K. Diminuant toujours la température, et donc en dessous de la température critique de 1 K, les scientifiques ont eu la surprise d'observer de la supraconductivité(2) de proximité induite par les électrodes Rhénium, qui elles-mêmes deviennent supraconductrices.
 
Image réalisée en microscopie à force atomique des molécules
étalées sur la couche de Re/C.

La flèche verticale indique la direction de l'écoulement du tampon contenant l'ADN.

Les flèches obliques indiquent les molécules d'ADN

© CNRS

  Molécules dADN étalées sur une bicouche constituée de carbone et de rhénium  © CNRS


Forts de ces résultats, les chercheurs peuvent affirmer que le transport d'électricité est quantiquement cohérent sur une échelle de longueur de l'ordre de quelques centaines de nanomètres.
Le mécanisme de conduction est cependant encore mal compris. Il ne peut exclure en effet un effet de dopage de la molécule par les contacts. Si dans le cas d'un matériau semi-conducteur, l'apport d'électrons par des impuretés chimiques permet de rendre le matériau ainsi "dopé" conducteur, on pense qu'un tel dopage pourrait très bien survenir, pour le le cas de l'ADN (conducteur unidimensionnel), au niveau des contacts.
La façon dont ont été réalisés les échantillons ne permet pas d'affirmer qu'une seule molécule est impliquée dans la conduction mais les scientifiques ont pu vérifier, une fois les mesures de transports réalisées, que c'est bien l'ADN qui conduit car l'échantillon devient isolant après son exposition à une enzyme, la DNAse I, coupant spécifiquement l'ADN

Les applications potentielles, et même si elles sont lointaines, semblent des plus prometteuses. Des chercheurs Israéliens ont par exemple proposé que des molécules conductrices, préparées d'une façon adéquate, pourraient s'auto-assembler pour réaliser un circuit électronique de taille nanométrique. Dans ce cadre, la double hélice présente des propriétés très intéressantes d'auto-assemblage : une simple enzyme permet par exemple de réaliser la soudure spontanée et spécifique de deux molécules d'ADN. Les propriétés conductrices de la molécule d'ADN  viennent dès lors ici en faire un candidat de choix.

(1) La probabilité pour les électrons de franchir la barrière décroît exponentiellement avec l'épaisseur de cette barrière. remonter au texte
(2) Dans un matériau supraconducteur, les électrons s'organisent par paires, et la résistance au passage du courant électrique s'annule, au dessous d'une certaine température dite "critique". Notons que de la supraconductivité peut être induite dans un matériau qui ne l'est pas naturellement en le connectant à un matériau supraconducteur.
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 Contact :  
Hélène Bouchiat bouchiat@lps.u-psud.fr


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