La nanociencia tiene el potencial de desempeñar un papel enorme en la mejora de una gama de productos, incluyendo sensores, fotovoltaica y electrónica de consumo. Los científicos en este campo han creado una multitud de materiales a nanoescala, como los nanocristales metálicos, nanotubos de carbono y nanocables semiconductores. Sin embargo, a pesar de su atractivo, Ha sido un desafío asombroso diseñar la orientación y colocación de estos materiales en las arquitecturas de dispositivos deseadas que son reproducibles con altos rendimientos y a bajo costo, hasta ahora.

Jen Cha, un profesor de nanoingeniería de UC San Diego, y su equipo de investigadores, han descubierto que una forma de cerrar esta brecha es utilizar biomoléculas, como el ADN y las proteínas. Los detalles de este descubrimiento se publicaron recientemente en un artículo titulado "Arreglos de nanopartículas de oro ordenadas espacialmente en áreas grandes dirigidas por Origami de ADN litográficamente confinado, " en Nanotecnología de la naturaleza .

"Las estructuras autoensambladas son a menudo demasiado pequeñas y los patrones litográficos asequibles son demasiado grandes, "dijo Albert Hung, autor principal del artículo Nature Nanotechnology y un postdoctorado que trabaja en el laboratorio de Cha. “Pero las nanoestructuras de ADN sintético diseñadas racionalmente nos permiten acceder a escalas de longitud entre 5 y 100 nanómetros y unir los dos sistemas.

"La gente ha creado una gran variedad de nanoestructuras únicas y funcionales, pero para algunas aplicaciones previstas no valen nada a menos que pueda colocar estructuras individuales, miles de millones o billones de ellos al mismo tiempo, en ubicaciones precisas, Hung agregó. "Esperamos que nuestra investigación nos acerque un paso más a la solución de este problema tan difícil".

Hung dijo que el método recientemente descubierto puede ser útil para fabricar circuitos electrónicos u ópticos a nanoescala y sensores multiplex.

"Varios grupos han trabajado en partes de este problema de investigación antes, pero que sepamos, somos los primeros en intentar abordar tantas partes juntas como un todo, " él dijo.

Una de las principales aplicaciones de esta investigación que interesan a Cha y su grupo es la detección. "No existe una ruta previsible para poder construir una matriz compleja de diferentes elementos de detección a nanoescala en la actualidad, "dijo Cha, un ex científico investigador de IBM que se unió a la facultad de ingeniería de la UCSD Jacobs School of Engineering en 2008. "Nuestro trabajo es uno de los primeros ejemplos claros de cómo se puede combinar la litografía de arriba hacia abajo con el autoensamblaje de abajo hacia arriba para construir una matriz de este tipo. Eso significa que usted tener un sustrato que está modelado por litografía convencional, y luego debe tomar ese patrón y fusionarlo con algo que pueda dirigir el ensamblaje de objetos aún más pequeños, como los que tienen dimensiones entre 2 y 20 nanómetros. Necesitas una plantilla intermedia, que es el origami de ADN, que tiene la capacidad de unirse a algo mucho más pequeño y dirigir su ensamblaje a la configuración deseada. Esto significa que potencialmente podemos construir transistores a partir de nanotubos de carbono y también posiblemente usar nanoestructuras para detectar ciertas proteínas en soluciones. Los científicos han estado hablando de modelar diferentes conjuntos de proteínas en un sustrato y ahora tenemos la capacidad de hacerlo ".

Cha dijo que el siguiente paso sería desarrollar un dispositivo basado en este método de investigación.

"Estoy muy interesado en las aplicaciones de esta investigación y estamos trabajando para llegar allí, " ella dijo.

Durante los últimos 6 años, La investigación de Cha se ha centrado en el uso de la biología para diseñar el ensamblaje de materiales a nanoescala para aplicaciones en medicina, electrónica y energía. Una de las limitaciones de la nanociencia es que no permite la producción masiva de productos, pero el trabajo de Cha se centra en intentar descubrir cómo hacerlo y hacerlo de forma económica. Gran parte de su trabajo reciente se ha centrado en el uso de ADN para construir estructuras 2D.

"El uso de ADN para ensamblar materiales es un área que entusiasma a muchas personas, "Cha dijo." Puedes doblar el ADN en lo que quieras, por ejemplo, Puedes construir un gran andamio y dentro de él puedes ensamblar objetos muy pequeños como nanopartículas, nano alambres o proteínas.

"Los ingenieros deben comprender las fuerzas físicas necesarias para construir matrices funcionales a partir de materiales funcionales, ", agregó." Mi trabajo como nanoingeniera es averiguar qué es lo que necesita hacer para unir todas las diferentes partes, ya sea un vehículo de suministro de medicamentos, aplicaciones fotovoltaicas, sensores o transistores. Necesitamos pensar en formas de tomar todos los nanomateriales y convertirlos en algo que la gente pueda usar y sostener ".