Los innumerables procesos que ocurren en las células biológicas pueden parecer increíblemente complejos a primera vista. Y todavía, en principio, son simplemente una sucesión lógica de eventos, e incluso podría utilizarse para formar circuitos digitales. Los investigadores ahora han desarrollado un circuito de conmutación molecular hecho de ADN, que se puede utilizar para alterar mecánicamente geles, dependiendo del pH. Los circuitos de conmutación basados ​​en ADN podrían tener aplicaciones en robótica blanda, dicen los investigadores en su artículo en Angewandte Chemie.

El ADN es una molécula larga que se puede plegar y retorcer de varias formas. Tiene una columna vertebral y bases que sobresalen de la columna vertebral y se emparejan con sus contrapartes en otras cadenas de ADN. Cuando una serie de estos pares coincidentes se junta, forman un retorcido, doble hebra en forma de escalera:la conocida doble hélice del ADN. La flexibilidad del ADN, lo que permite producir curvas, bucles y una amplia variedad de otras formas, ha inspirado a los investigadores a construir interruptores de ADN. Estos interruptores cambian de forma después de recibir una entrada, y luego puede afectar su entorno.

Hao Pei del Laboratorio Clave de Química Verde y Procesos Químicos de Shanghai en la Universidad Normal del Este de China en Shanghai, Porcelana, y colegas ahora han desarrollado un configurable, Red de conmutación lógica multimodo que reacciona de manera diferente con su entorno dependiendo de la entrada de pH y ADN. Todos los componentes del circuito de conmutación se produjeron a partir de ADN.

El equipo desarrolló una serie de cuatro interruptores de ADN, cada uno con longitudes y combinaciones de bases ligeramente diferentes. Estas variaciones significaron que reaccionaban de manera diferente con una sola hebra de ADN dependiendo del pH de su entorno. Por ejemplo, a un pH ligeramente alcalino de 8, dos de los interruptores formaron ADN de triple cadena (triplex), mientras que los demás permanecieron holgadamente estirados. Estas reacciones y pliegues llevaron a reacciones secundarias, que fueron utilizados por los investigadores como funciones lógicas en el circuito de conmutación. El resultado fue, por ejemplo, una señal fluorescente que podría leerse como salida.

Para demostrar el uso del circuito de conmutación en un sistema mecánico real, el equipo incorporó los conmutadores de ADN en geles de poliacrilamida. El ADN actuó como reticulante, uniendo las moléculas de polímero en el gel. Cuanto más corto sea el reticulante, o cuanto más doblado el ADN, cuanto más denso se volvía el gel. Una vez que se agregó un fragmento de ADN con bases coincidentes como entrada, se instaló un circuito lógico, haciendo que los cambios de ADN se desarrollen, formar triplex, o relajarse. El circuito de reacción también dependía del pH. Como resultado, Ciertas combinaciones de entrada de ADN y rango de pH hicieron que el reticulante de ADN creciera más y el gel se hinchara, en algunos casos casi duplica su tamaño.

Como los interruptores de ADN tienen posibilidades casi infinitas de combinaciones de giros y pliegues, los investigadores consideran que sus circuitos de conmutación son un paso vital hacia la robótica de materia blanda, donde sea controlable, Las redes funcionales lógicas miniaturizadas son importantes.