Científicos de la Facultad de Medicina de la Universidad de Virginia y sus colaboradores han utilizado el ADN para superar un obstáculo casi insuperable para diseñar materiales que revolucionarían la electrónica.

Un posible resultado de tales materiales de ingeniería podrían ser los superconductores, que tienen una resistencia eléctrica cero, lo que permite que los electrones fluyan sin obstáculos. Eso significa que no pierden energía y no generan calor, a diferencia de los medios de transmisión eléctrica actuales. El desarrollo de un superconductor que podría usarse ampliamente a temperatura ambiente, en lugar de a temperaturas extremadamente altas o bajas, como ahora es posible, podría conducir a computadoras hiperrápidas, reducir el tamaño de los dispositivos electrónicos, permitir que los trenes de alta velocidad floten en imanes y reducir el uso de energía, entre otros beneficios.

Uno de estos superconductores fue propuesto por primera vez hace más de 50 años por el físico de Stanford William A. Little. Los científicos han pasado décadas tratando de hacer que funcione, pero incluso después de validar la viabilidad de su idea, se encontraron con un desafío que parecía imposible de superar. Hasta ahora.

Edward H. Egelman, Ph.D., del Departamento de Bioquímica y Genética Molecular de la UVA, ha sido un líder en el campo de la microscopía crioelectrónica (crio-EM), y él y Leticia Beltrán, estudiante de posgrado en su laboratorio, usó imágenes crio-EM para este proyecto aparentemente imposible. "Demuestra", dijo, "que la técnica crio-EM tiene un gran potencial en la investigación de materiales".

Ingeniería a nivel atómico

Una forma posible de realizar la idea de Little para un superconductor es modificar redes de nanotubos de carbono, cilindros huecos de carbono tan pequeños que deben medirse en nanómetros, mil millonésimas de metro. Pero había un gran desafío:controlar las reacciones químicas a lo largo de los nanotubos para que la red pudiera ensamblarse con la precisión necesaria y funcionar según lo previsto.

Egelman y sus colaboradores encontraron una respuesta en los mismos componentes básicos de la vida. Tomaron ADN, el material genético que le dice a las células vivas cómo operar, y lo usaron para guiar una reacción química que superaría la gran barrera del superconductor de Little. En resumen, utilizaron la química para realizar una ingeniería estructural asombrosamente precisa:construcción a nivel de moléculas individuales. El resultado fue una red de nanotubos de carbono ensamblados según las necesidades del superconductor a temperatura ambiente de Little.

"Este trabajo demuestra que se puede lograr la modificación ordenada de nanotubos de carbono aprovechando el control de la secuencia de ADN sobre el espacio entre los sitios de reacción adyacentes", dijo Egelman.

La red que construyeron no ha sido probada para la superconductividad, por ahora, pero ofrece una prueba de principio y tiene un gran potencial para el futuro, dicen los investigadores. "Si bien la crio-EM se ha convertido en la técnica principal en biología para determinar las estructuras atómicas de los ensamblajes de proteínas, hasta ahora ha tenido un impacto mucho menor en la ciencia de los materiales", dijo Egelman, cuyo trabajo anterior lo llevó a ingresar en la Academia Nacional de Ciencias, uno de los más altos honores que puede recibir un científico.

Egelman y sus colegas dicen que su enfoque guiado por ADN para la construcción de redes podría tener una amplia variedad de aplicaciones de investigación útiles, especialmente en física. Pero también valida la posibilidad de construir el superconductor a temperatura ambiente de Little. El trabajo de los científicos, combinado con otros avances en superconductores en los últimos años, en última instancia, podría transformar la tecnología tal como la conocemos y conducir a un futuro mucho más "Star Trek".

"Si bien a menudo pensamos en la biología usando herramientas y técnicas de la física, nuestro trabajo muestra que los enfoques que se están desarrollando en biología pueden aplicarse a problemas de física e ingeniería", dijo Egelman. "Esto es lo que es tan emocionante de la ciencia:no poder predecir hacia dónde conducirá nuestro trabajo".

Los investigadores han publicado sus hallazgos en la revista Science . + Explora más

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