El concepto de fundir nanopartículas dentro de moldes de ADN es muy similar al método japonés de cultivar sandías dentro de cajas de vidrio en forma de cubo. Crédito:Instituto Wyss de Harvard / Peng Yin
Investigadores del Instituto Wyss de Ingeniería de Inspiración Biológica de la Universidad de Harvard han presentado un nuevo método para formar diminutas nanopartículas de metal en 3D en formas y dimensiones prescritas utilizando ADN. Bloque de construcción de la naturaleza, como molde de construcción.
La capacidad de moldear nanopartículas inorgánicas a partir de materiales como el oro y la plata en formas tridimensionales diseñadas con precisión es un avance significativo que tiene el potencial de hacer avanzar la tecnología láser. microscopía, células solares, electrónica, pruebas ambientales, detección de enfermedades y más.
"Construimos pequeñas fundiciones hechas de ADN rígido para fabricar nanopartículas de metal en formas tridimensionales exactas que planeamos y diseñamos digitalmente. "dijo Peng Yin, autor principal del artículo, Miembro de la facultad central de Wyss y profesor asistente de biología de sistemas en la Facultad de Medicina de Harvard.
Los hallazgos del equipo de Wyss, descrito en un artículo titulado "Fundición de estructuras inorgánicas con moldes de ADN, "se publicaron hoy en Ciencias . El trabajo se realizó en colaboración con el Laboratorio de Biología y Biofísica Computacional del MIT, dirigido por Mark Bathe, coautor principal del artículo.
"Los hallazgos del artículo describen un avance significativo en la nanotecnología del ADN, así como en la síntesis de nanopartículas inorgánicas, "Dijo Yin. Por primera vez, Se ha logrado una estrategia general para fabricar nanopartículas inorgánicas con formas 3D especificadas por el usuario para producir partículas tan pequeñas como 25 nanómetros o menos. con notable precisión (menos de 5 nanómetros). Una hoja de papel es aproximadamente 100, 000 nanómetros de espesor.
Las nanopartículas inorgánicas 3D se conciben primero y se planifican meticulosamente utilizando un software de diseño por computadora. Usando el software, los investigadores diseñan "marcos" tridimensionales del tamaño y la forma deseados construidos a partir de secuencias lineales de ADN, que se atraen y se unen entre sí de una manera predecible.
Al crear moldes a partir de ADN rígido, los investigadores pudieron moldear "semillas" de oro en nanopartículas metálicas complejas. De izquierda a derecha, esta partícula poligonal 3D se formó mediante el diseño de un molde de ADN, plantar una semilla de oro, luego, forzando químicamente a la semilla a expandirse hasta su formación completa. Crédito:Instituto Wyss de Harvard
"A través de los años, Los científicos han tenido mucho éxito en la creación de formas complejas en 3D a partir del ADN utilizando diversas estrategias, "dijo Wei Sun, becario postdoctoral en el Laboratorio de Sistemas Moleculares de Wyss y autor principal del artículo. Por ejemplo, en 2012, el equipo de Wyss reveló cómo el diseño asistido por computadora podría usarse para construir cientos de diferentes uno-, dos-, y nanoformas de ADN tridimensionales con perfecta precisión. Es esta capacidad de diseñar nanoestructuras arbitrarias utilizando la manipulación del ADN lo que inspiró al equipo de Wyss a imaginar el uso de estas estructuras de ADN como fundiciones prácticas. o "moldes", para sustancias inorgánicas.
"El desafío era traducir este tipo de control geométrico 3D en la capacidad de moldear estructuras en otros materiales diversos y funcionalmente relevantes, como el oro y la plata, "Dijo Sun.
Al igual que cualquier material en expansión puede moldearse dentro de un molde para adoptar una forma 3D definida, El equipo de Wyss se propuso cultivar partículas inorgánicas dentro de los espacios huecos confinados de las nanoestructuras rígidas de ADN.
El concepto puede compararse con el método japonés de cultivar sandías en cubos de vidrio. Al nutrir las semillas de sandía hasta la madurez dentro de cajas de vidrio en forma de cubo, Los agricultores japoneses crean melones maduros en forma de cubo que permiten el transporte y el almacenamiento de la fruta densamente empaquetados.
De manera similar, los investigadores de Wyss plantaron una minúscula "semilla" de oro dentro de la cavidad hueca de su molde de ADN en forma de cubo cuidadosamente diseñado y luego la estimularon para que creciera. Usando una solución química activadora, la semilla de oro creció y se expandió para llenar todo el espacio existente dentro del marco del ADN, dando como resultado una nanopartícula cuboide con las mismas dimensiones que su molde., con la longitud, la anchura y la altura de la partícula se pueden controlar de forma independiente.
Próximo, Los investigadores fabricaron diversas formas poligonales 3D, esferas y estructuras más ambiciosas, como una nanopartícula en forma de Y 3D y otra estructura que comprende una forma cuboide intercalada entre dos esferas, demostrando que las nanopartículas estructuralmente diversas podrían moldearse utilizando diseños complejos de moldes de ADN.
Dado su increíblemente pequeño tamaño, Puede resultar una sorpresa que los moldes de ADN rígidos sean proporcionalmente bastante robustos y fuertes, capaz de soportar las presiones de los materiales inorgánicos en expansión. Aunque el equipo seleccionó plántulas de oro para moldear sus nanopartículas, Existe una amplia gama de nanopartículas inorgánicas que pueden moldearse a la fuerza a través de este proceso de nanocasting de ADN.
Una propiedad muy útil es que una vez lanzada, Estas nanopartículas pueden retener el marco del molde de ADN como revestimiento exterior, lo que permite una modificación adicional de la superficie con una precisión a nanoescala impresionante. Estos recubrimientos también pueden ayudar a los científicos a desarrollar métodos múltiples para detectar cánceres en etapa temprana y enfermedades genéticas mediante la combinación de la especificidad química del ADN con la lectura de la señal del metal. Para las partículas que servirían mejor a su propósito siendo lo más eléctricamente conductivas posible, como en nanocomputadoras muy pequeñas y circuitos electrónicos, el revestimiento de la estructura de ADN se descompone y elimina rápida y fácilmente para producir cables y conectores de metal puro.
"Se han aprovechado las propiedades del ADN que le permiten autoensamblarse y codificar los componentes básicos de la vida, rediseñado y rediseñado para la nano-fabricación de materiales inorgánicos, "dijo Don Ingber, Director fundador del Instituto Wyss. "Esta capacidad debería abrir estrategias completamente nuevas para campos que van desde la miniaturización por computadora hasta la detección de energía y patógenos".
