Aunque las soluciones químicamente similares de nano escaleras de caracol para diestros y zurdos interactúan específicamente con la luz polarizada circular. Las nano escaleras de caracol se construyeron utilizando el método de origami de ADN. Crédito:TIM Liedl / LMU
En el cuerpo humano, la información genética está codificada en bloques de construcción de ácido desoxirribonucleico de doble cadena, el llamado ADN. Usando moléculas de ADN artificiales, un equipo internacional de científicos encabezado por la Iniciativa de Nanosistemas del Clúster de Excelencia de Munich ha producido materiales nanoestructurados que se pueden utilizar para modificar la luz visible por especificación. Los investigadores presentan sus resultados en el número de actualidad de la reconocida revista científica Naturaleza .
Hace unos años hubo mucha emoción tras el descubrimiento de la técnica de origami de ADN. El enfoque podría usarse para construir nanopartículas de una forma y tamaño determinados. Sin embargo, aplicaciones reales, como nano pinzas, permaneció fuera de su alcance. Un equipo internacional de investigadores dirigido por el profesor Tim Liedl de la Ludwig-Maximillians-Universitaet Muenchen y el profesor Friedrich Simmel de la Technische Universitaet Muenchen ahora han logrado construir nanopartículas utilizando bloques de construcción de ADN ópticamente activos que se pueden utilizar para modificar la luz de formas muy específicas. .
La combinación de luz y nanoestructuras puede ayudar a reducir significativamente el tamaño de los sensores ópticos para aplicaciones médicas y ambientales. al mismo tiempo que los hace más sensibles. Sin embargo, el tamaño de una onda de luz que se extiende entre 400 y 800 nanómetros es gigantesco en comparación con las nanoestructuras de sólo unos pocos nanómetros. Sin embargo, en teoría, cuando las estructuras más pequeñas trabajan juntas de formas muy específicas, incluso los objetos pequeños pueden interactuar muy bien con la luz. Desafortunadamente, no es posible producir las estructuras tridimensionales requeridas con precisión a nanoescala en cantidades y pureza suficientes usando métodos convencionales.
Un equipo de científicos de Technische Universitaet Muenchen y Ludwig-Maximilians-Universitaet Muenchen logró construir nano escaleras de caracol a partir de ADN artificial utilizando el método de origami de ADN. La hebra de ADN lleva nueve partículas de oro que conducen a fuertes interacciones con la luz visible polarizada circular. Crédito:Animación:Tim Liedl / LMU
"Con origami de ADN, ahora hemos encontrado una metodología que cumple con todos estos requisitos. Permite definir de antemano y con precisión nanométrica la forma tridimensional del objeto que se está creando, "dice el profesor Friedrich Simmel, quien ocupa la Cátedra de Sistemas Biomoleculares y Bionanotecnología en la TU Muenchen. Programado únicamente utilizando la secuencia de bloques de construcción básicos, los nanoelementos se pliegan en las estructuras deseadas ”. El equipo de Friedrich Simmel construyó con éxito escaleras de caracol nano de 57 nanómetros de alto y 34 nanómetros de diámetro con partículas de oro de 10 nanómetros unidas a intervalos regulares.
En la superficie de las partículas de oro, los electrones reaccionan con el campo electromagnético de la luz. El pequeño espacio entre las partículas asegura que las partículas de oro de una hebra de ADN trabajen al unísono, amplificando así las interacciones muchas veces. Profesor Alexander O. Govorov, físico teórico de la Universidad Estatal de Ohio en Atenas, ESTADOS UNIDOS, había predicho que el efecto debería depender del espaciamiento, tamaño y composición de las partículas metálicas. Usando el método de origami de ADN, los físicos de Munich construyeron nanoestructuras en las que variaron estos parámetros.
Los resultados de estos experimentos confirman las predicciones de sus colegas en todos los aspectos:Las soluciones acuosas de nano escaleras de caracol para diestros y zurdos difieren visiblemente en sus interacciones con la luz circular polarizada. Las escaleras de caracol con partículas grandes muestran una respuesta óptica significativamente más fuerte que aquellas con partículas pequeñas. La composición química de las partículas también tuvo un gran efecto:cuando las partículas de oro se recubrieron con una capa de plata, la resonancia óptica pasó del rojo al dominio azul de onda más corta.
Combinando cálculos teóricos y las posibilidades del origami de ADN, los investigadores ahora pueden producir materiales nano-ópticos con características especificadas con precisión. El profesor Tim Liedl describe el camino que podría seguir la investigación:"Ahora investigaremos si podemos utilizar este método para influir en el índice de refracción de los materiales que fabricamos. Los materiales con un índice de refracción negativo podrían utilizarse para desarrollar nuevos sistemas de lentes ópticos, por lo que -llamados súper lentes ".
