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  • El ensamblaje reversible conduce a pequeños mensajes encriptados

    El profesor de química de la U. de I. Yi Lu y su grupo de investigación desarrollaron un método de nanoensamblaje reversible y dinámico y lo utilizaron para cifrar mensajes de código Morse en un mosaico de origami de ADN. Crédito:L. Brian Stauffer

    (Phys.org) —Escondido en un pequeño mosaico de ADN entretejido hay un mensaje. El mensaje es simple pero al decodificarlo se descubre el secreto del ensamblaje dinámico a nanoescala.

    Investigadores de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign han ideado una forma dinámica y reversible de ensamblar estructuras a nanoescala y la han utilizado para cifrar un mensaje en código Morse. Dirigido por Yi Lu, el profesor de química Schenck, el equipo publicó su desarrollo en el Revista de la Sociedad Química Estadounidense .

    Los científicos e ingenieros que trabajan con materiales a nanoescala utilizan una técnica importante llamada ensamblaje programable para combinar estratégicamente bloques de construcción simples en estructuras o componentes funcionales más grandes. Dicho ensamblaje es importante para aplicaciones en electrónica, fotónica, medicina y mucho más.

    La mayoría de las técnicas estándar de nanoensamblaje producen un producto estático. Pero mirando la biología, Lu vio muchos ensamblajes dinámicos:procesos de construcción reversibles, o sustituciones que se podrían hacer después del ensamblaje para agregar o cambiar la función. Tal versatilidad podría permitir muchas más aplicaciones para materiales a nanoescala, por lo que el grupo de Lu se propuso explorar sistemas a nanoescala que pudieran ensamblarse de manera confiable y reversible.

    Una plantilla de origami de ADN sembrada con biotina (azul) y un derivado de biotina (verde) para hacer una "I" mayúscula. La proteína estreptavidina (roja) se une a ambas moléculas. Cuando se agrega biotina adicional, elimina la proteína del derivado de biotina, revelando una "i" minúscula. Más tarde, cuando se agrega más proteína, la "I" mayúscula se vuelve a ensamblar. Crédito:Li Huey Tan

    "Creo que un desafío fundamental al que se enfrentan la ciencia y la ingeniería a nanoescala es el ensamblaje reversible, ", Dijo Lu." Los investigadores ahora son bastante buenos colocando componentes en los lugares que desean, pero no muy bueno para ponerse y quitárselo de nuevo. Muchas aplicaciones necesitan un montaje dinámico. No solo quieres ensamblarlo una vez, quieres hacerlo repetidamente, y no solo usando el mismo componente, sino también nuevos componentes ".

    El grupo aprovechó un sistema químico común en biología. La proteína estreptavidina se une muy fuertemente a la pequeña molécula orgánica biotina:se agarra y no se suelta. Un pequeño ajuste químico a la biotina produce una molécula que también se une a la estreptavidina, pero lo sostiene sin apretar.

    Los investigadores comenzaron con una plantilla de origami de ADN:múltiples hebras de ADN tejidas en un mosaico. Ellos "escribieron" su mensaje en la plantilla de ADN uniendo hebras de ADN unidas a biotina a ubicaciones específicas en las baldosas que se iluminarían como puntos o rayas. Mientras tanto, El ADN unido al derivado de biotina llenó las otras posiciones en la plantilla de ADN.

    Luego bañaron las baldosas en una solución de estreptavidina. La estreptavidina unida tanto a la biotina como a su derivado, hacer que todos los puntos "se iluminen" bajo un microscopio de fuerza atómica y camuflar el mensaje. Para revelar el mensaje oculto, Luego, los investigadores pusieron los azulejos en una solución de biotina libre. Dado que se une a la estreptavidina con mucha más fuerza, la biotina eliminó eficazmente la proteína del derivado de biotina, de modo que solo las hebras de ADN unidas a la biotina inalterada mantuvieron su estreptavidina. El mensaje del código Morse, "NANO, "era claramente legible bajo el microscopio.

    Los investigadores también demostraron caracteres que no son Morse, creando mosaicos que pudieran alternar entre una "I" mayúscula y una "i" minúscula, ya que se agregaron alternativamente estreptavidina y biotina.

    "Este es un importante paso adelante para el ensamblaje a nanoescala, ", Dijo Lu." Ahora podemos codificar mensajes en una escala mucho menor, que es interesante. Hay más información por pulgada cuadrada. Pero el avance más importante es que ahora que podemos realizar el montaje reversible, podemos explorar mucho más versátil, aplicaciones mucho más dinámicas ".

    Próximo, los investigadores planean utilizar su técnica para crear otros sistemas funcionales. Lu imagina sistemas de ensamblaje para realizar una tarea en química, biología, sintiendo fotónica u otra área, luego reemplazando un componente para darle al sistema una función adicional. Dado que la clave de la reversibilidad está en las diferentes fuerzas de unión, la técnica no se limita al sistema biotina-estreptavidina y podría funcionar para una variedad de moléculas y materiales.

    "Siempre que las moléculas utilizadas en el ensamblaje tengan dos afinidades diferentes, podemos aplicar este concepto en particular en otras plantillas o procesos, "Dijo Lu.


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