Los ingenieros biomédicos han construido máquinas simples a partir de ADN, que consta de matrices cuyas unidades cambian reversiblemente entre dos formas diferentes.

Los inventores de las matrices dicen que podrían aprovecharse para fabricar sensores o amplificadores nanotecnológicos. Potencialmente, podrían combinarse para formar puertas lógicas, las partes de una computadora molecular.

Las propiedades de las matrices están programadas para su publicación en línea por Ciencias .

Las máquinas de ADN pueden transmitir bits discretos de información a través del espacio o amplificar una señal, dice el autor principal Yonggang Ke, Doctor, profesor asistente en el Departamento de Ingeniería Biomédica Wallace H. Coulter en Georgia Tech y Emory.

"En el campo de la informática basada en el ADN, el ADN contiene la información, pero las moléculas flotan en solución, "Ke dice." Lo nuevo aquí es que estamos uniendo las piezas en una máquina física ".

Similar, varios laboratorios ya han fabricado máquinas nanotecnológicas como pinzas y andadores a partir de ADN. Ke dice que el trabajo de su equipo con matrices de ADN arroja luz sobre cómo construir estructuras con estructuras más complejas, comportamientos dinámicos.

Las estructuras de los arreglos parecen puertas de seguridad retráctiles estilo acordeón. Extender o contraer una unidad empuja a las unidades cercanas a cambiar de forma también, trabajando como una cascada de dominó cuyas fichas están conectadas.

Las unidades de las matrices obtienen su estabilidad de la energía ganada cuando las hélices dobles de ADN se apilan. Estar estable Los cuatro segmentos de las unidades se pueden alinear como pares uno al lado del otro en dos orientaciones diferentes. Al omitir una hebra del ADN en el borde de una matriz, los ingenieros crean un disparador externo. Cuando se agrega esa hebra, aprieta la unidad de borde para que cambie de forma (consulte la ilustración).

Para visualizar las matrices de ADN, los ingenieros utilizaron microscopía de fuerza atómica. Construyeron matrices rectangulares de 11x4 y 11x7, agregó hilos de activación y pudo observar la cascada propagarse desde la unidad de esquina al resto de la matriz.

Las cascadas de las matrices se pueden detener o reanudar en ubicaciones seleccionadas mediante el diseño de puntos de interrupción en las matrices. Las conversiones de forma de las unidades están moduladas por temperatura o desnaturalizantes químicos.

Para referencia, las matrices rectangulares tienen alrededor de 50 nanómetros de ancho y algunos cientos de nanómetros de largo, un poco más pequeñas que un virus de VIH o influenza.

Para construir las estructuras de matriz de ADN, los ingenieros utilizaron enfoques de origami (doblar una hebra larga de "andamio" con cientos de hebras "básicas") y de ladrillos modulares. Ambos tipos de matrices se autoensamblan a través de hebras de ADN que encuentran sus hebras complementarias en solución. El enfoque del origami condujo a estructuras más estables en condiciones de temperatura elevada o desnaturalizante.

En el Ciencias papel, los ingenieros demostraron que podían construir rectángulos y tubos de unidades de matriz. También incluyen un cuboide que tiene tres conformaciones básicas, más que las unidades de matriz bidimensional con dos conformaciones. Ke dice que su equipo está trabajando en más máquinas más complejas con formas tridimensionales, que se puede hacer utilizando los mismos principios básicos de diseño.