El ADN ha atraído la atención por su potencial como plataforma de material programable que podría generar nanodispositivos completamente nuevos y revolucionarios en la informática. microscopía, biología, y más. Los investigadores han estado trabajando para dominar la capacidad de convencer a las moléculas de ADN para que se autoensamblen en las formas y tamaños precisos necesarios para realizar plenamente estos sueños de nanotecnología.
Durante los últimos 20 años, Los científicos han intentado diseñar grandes cristales de ADN con una profundidad prescrita con precisión y características complejas, una búsqueda de diseño que acaba de cumplir un equipo del Instituto Wyss de Ingeniería de Inspiración Biológica de Harvard. El equipo construyó 32 cristales de ADN con una profundidad definida con precisión y una variedad de características sofisticadas tridimensionales (3D), un avance informado en Química de la naturaleza .
El equipo utilizó su método de "autoensamblaje de ladrillos de ADN", que se dio a conocer por primera vez en 2012 Ciencias publicación cuando crearon más de 100 nanoestructuras complejas en 3D del tamaño de virus. Las estructuras cristalinas periódicas recién logradas son más de 1000 veces más grandes que esas estructuras discretas de ladrillos de ADN, dimensionando más cerca de una mota de polvo, que en realidad es bastante grande en el mundo de la nanotecnología del ADN.
"Estamos muy contentos de que nuestro enfoque de ladrillos de ADN haya resuelto este desafío, ", dijo el autor principal y miembro de la facultad principal del Wyss Institute, Peng Yin, Doctor., quien también es profesor asociado de biología de sistemas en la Escuela de Medicina de Harvard, "y realmente nos sorprendió lo bien que funciona".
Los científicos han luchado por cristalizar nanoestructuras complejas de ADN en 3D utilizando métodos de autoensamblaje más convencionales. El riesgo de error tiende a aumentar con la complejidad de las unidades estructurales repetidas y el tamaño del cristal de ADN que se va a ensamblar.
El método de ladrillos de ADN utiliza breves, hebras sintéticas de ADN que funcionan como ladrillos Lego® entrelazados para construir estructuras complejas. Las estructuras se diseñan primero utilizando un modelo informático de un cubo molecular, que se convierte en un lienzo maestro. Cada ladrillo se agrega o quita independientemente del lienzo maestro 3D para llegar a la forma deseada, y luego el diseño se pone en acción:las hebras de ADN que coincidirían para lograr la estructura deseada se mezclan y se autoensamblan para lograr el diseño estructuras cristalinas.
"Ahí radica la característica distintiva clave de nuestra estrategia de diseño:su modularidad, "dijo el coautor principal Yonggang Ke, Doctor., anteriormente fue becario postdoctoral del Wyss Institute y ahora es profesor asistente en el Instituto de Tecnología de Georgia y en la Universidad de Emory. "La capacidad de simplemente agregar o quitar piezas del lienzo maestro facilita la creación de prácticamente cualquier diseño".
La modularidad también hace que sea relativamente fácil definir con precisión la profundidad del cristal. "Esta es la primera vez que alguien ha demostrado la capacidad de diseñar racionalmente la profundidad del cristal con precisión nanométrica, hasta 80 nm en este estudio, "Ke dijo. En contraste, Las redes de ADN bidimensionales anteriores suelen ser estructuras de una sola capa con solo 2 nm de profundidad.
"Los cristales de ADN son atractivos para aplicaciones de nanotecnología porque se componen de unidades estructurales repetidas que proporcionan una plantilla ideal para características de diseño escalables", dijo la coautora principal, la estudiante de posgrado Luvena Ong.
Es más, Como parte de este estudio, el equipo demostró la capacidad de colocar nanopartículas de oro en arquitecturas 2D prescritas a menos de dos nanómetros de distancia entre sí a lo largo de la estructura cristalina, una característica crítica para los dispositivos cuánticos futuros y un avance técnico significativo para su producción escalable. dijo el coautor principal Wei Sun, Doctor., Becario Postdoctoral del Instituto Wyss.
"Mis nociones preconcebidas de las limitaciones del ADN han sido constantemente destrozadas por nuestros nuevos avances en la nanotecnología del ADN, "dijo William Shih, Doctor., quien es coautor del estudio y miembro de la facultad fundamental fundadora del Wyss Institute, así como Profesor Asociado en el Departamento de Química Biológica y Farmacología Molecular de la Facultad de Medicina de Harvard y el Departamento de Biología del Cáncer en el Instituto del Cáncer Dana-Farber. "La nanotecnología del ADN ahora nos permite ensamblar, de forma programable, estructuras prescritas que rivalizan con la complejidad de muchas máquinas moleculares que vemos en la naturaleza ".
"El equipo de Peng está utilizando el método de autoensamblaje de bloques de ADN para sentar las bases del nuevo panorama de la nanotecnología del ADN a un ritmo impresionante, "dijo el director fundador del Instituto Wyss, Don Ingber, MARYLAND., Doctor. "Lo que han sido meras visiones de cómo la molécula de ADN podría usarse para hacer avanzar todo, desde la industria de los semiconductores hasta la biofísica, se están convirtiendo rápidamente en realidades".
