Cuando se trata de crear nanotecnología, uno no puede simplemente construirlo con sus manos. En lugar de, los investigadores necesitan algo de tamaño nanométrico que pueda autoensamblarse. El origami de ADN es un método para crear formas de tamaño nanométrico plegando hebras de ADN. Esto se puede utilizar para fabricar nanomáquinas, sensores, y nanorobots para su uso en campos que van desde la biofísica hasta la informática física.

Sin embargo, El proceso de diseño detrás de estas estructuras requiere que el diseñador conciba cómo se ve el producto final de antemano y diseñe estructuras complejas pieza por pieza a partir de hebras simples de ADN. Este proceso consume mucho tiempo y limita el posible espacio de diseño que se puede explorar.

En años recientes, Se han lanzado herramientas semiautomatizadas para ayudar al proceso de diseño. y estas herramientas han ampliado enormemente las capacidades de los usuarios. Sin embargo, no existían herramientas de diseño totalmente automatizadas para crear las estructuras de origami de ADN de múltiples capas que comprenden la mayoría de los diseños de origami de ADN que se utilizan en la actualidad.

"Existe una forma más eficaz y poderosa de diseñar estas estructuras, "dice Rebecca Taylor, un profesor asistente de ingeniería mecánica. "Esta falta de capacidad automatizada para generar origami de ADN multicapa ha sido una de las principales necesidades que ha tenido el campo".

Un nuevo enfoque para el diseño de origami de ADN provino de un equipo de investigación interdisciplinario en CMU. Tito Babatunde, un doctorado en ingeniería mecánica estudiante, propuso una nueva forma de generar y optimizar diseños de nanoestructuras de origami de ADN. Aconsejado por Rebecca Taylor y Jonathan Cagan, combinó su experiencia para abordar el diseño de nanoestructuras.

"Tenemos un enfoque verdaderamente interdisciplinario aquí, "dijo Cagan, profesor de ingeniería mecánica. "Tomamos dos campos discretos y nos dimos cuenta de que se superponen y proporcionan algo que es realmente único y puede mejorar las capacidades".

Cagan fue pionero en un enfoque computacional generativo llamado recocido de formas. El recocido de formas se utiliza para diseñar estructuras complejas mediante la investigación de una amplia gama de diseños antes de decidirse por el mejor. Este enfoque evita que los investigadores tengan que perder tiempo o materiales en diseños defectuosos. En este proyecto, Babatunde está fusionando el recocido de formas con la forma fundamental en que el ADN se puede unir y formar.

El ADN sigue un conjunto de reglas simples que dictan qué compuestos pueden emparejarse. Dado que las reglas se entienden bien, los investigadores pueden aprovechar su previsibilidad. Los investigadores comienzan con una sola hebra de ADN y la "grapan" en la forma deseada en 2D o 3D. Una vez completado este proceso, la nanoestructura del ADN actúa como un andamiaje para la pieza final de la nanotecnología.

En su papel Babatunde y su equipo demuestran que este proceso de generación de diseños funciona para una variedad de formas. Además de utilizar formas de diseño clásicas, el equipo demostró que su programa funciona para el conejito de Stanford, una forma compleja utilizada para mostrar la flexibilidad de su trabajo.

Próximo, Babatunde hará que el algoritmo sea más generalizable. Los proyectos futuros podrían incluir la integración de más restricciones, como un revestimiento exterior o una malla. Además, el equipo podría usar su algoritmo en otras situaciones o explorar diferentes tipos de algoritmos para origami de ADN. Babatunde, sin embargo, está más entusiasmado con la creación de una pieza física de nanotecnología a partir de la estructura del ADN.

"Espero no solo utilizar nuestro enfoque para diseñar nanoestructuras, sino también construirlas en el laboratorio, "Es a través de la construcción de estas estructuras innovadoras que esta tecnología demostrará el impacto de las nanomáquinas sensibles para la administración de fármacos a los sensores nanomecánicos y la nanolitografía", dijo Babatunde.

El artículo fue publicado en Ciencias Aplicadas en el Diseño mecánico en nanotecnología del ADN problema especial.