La nanotecnología está dando sus primeros pasos. Investigadores del Instituto Max Planck de Sistemas Inteligentes en Stuttgart han desarrollado un nanocilindro de oro equipado con hebras de ADN discretas como 'pies' que pueden caminar a través de una plataforma de origami de ADN. Son capaces de rastrear los movimientos del nanocaminador, que es menor que el límite de resolución óptica, excitando plasmones en el nanocilindro de oro. Los plasmones son oscilaciones colectivas de numerosos electrones. La excitación cambia el rayo de luz, permitiendo así a los investigadores observar realmente al nanocaminador. Su principal objetivo es utilizar estos nanoobjetos plasmónicos móviles para estudiar cómo las partículas minúsculas interactúan con la luz.

Las nanomáquinas, es decir, los dispositivos mecánicos con dimensiones de nanómetros, podrían algún día realizar tareas específicas en campos como la medicina, procesamiento de información, química o investigación científica, según los expertos en nanotecnología. Sin embargo, las máquinas en miniatura que son miles de veces más pequeñas que el diámetro de un cabello humano plantean desafíos importantes para los científicos:en primer lugar, los constituyentes individuales consisten simplemente en un pequeño número de átomos; apenas es posible manejar tales componentes, y mucho menos ensamblarlos de manera precisa. Es más, las máquinas necesitarían entonces ser alimentadas con energía. Y ultimamente, los investigadores no pueden simplemente verificar si su dispositivo está funcionando. Las técnicas de microscopía necesarias para tal observación son complejas y requieren, por ejemplo, cámaras de vacío, en el que los dispositivos serían destruidos. En el Instituto Max Planck de Sistemas Inteligentes en Stuttgart, un equipo de investigadores que incluye a Chao Zhou y Xiaoyang Duan, encabezada por Laura Na Liu ha creado ahora un nanocaminador que pueden observar con la ayuda de un efecto nanoóptico.

El cuerpo del nanocaminador consiste en un cilindro de oro que mide 35 nanómetros de largo y diez nanómetros de ancho. "La superficie del cilindro está preparada con numerosas hebras idénticas de ADN que efectivamente sirven como pies, "El líder del grupo, Liu, explica. Estas hebras de ADN sobresalen del cilindro de oro como las cerdas de un cepillo de botella. Permiten que el cilindro de oro haga contacto con la superficie debajo y viaje a través de ella".

El nanocaminador atraviesa una alfombra de hebras de ADN

La pasarela del cilindro de oro también está compuesta de ADN:una plantilla de origami de ADN, para ser preciso. Desde este andamio de ADN plegado, como las fibras de una alfombra, hay filas longitudinales de hebras cortas que son paralelas al cilindro y sirven como puntos de apoyo para los diminutos pies del caminante. Cada fila de la alfombra de ADN comprende una combinación diferente de bases, y cada fila representa una estación. Inicialmente, los pies del caminante se unen con dos filas vecinas, mientras que los puntos de apoyo de las otras filas permanecen bloqueados.

"El andador avanza con un movimiento de balanceo, de una estación a otra, "dice Liu. Para que esto sea posible, los investigadores deben agregar constantemente pequeños fragmentos de ADN al fluido en el que tiene lugar la acción. Estos fragmentos están diseñados para coincidir con el ADN de las filas individuales. Primero, rompen una fila de conexiones que unen los pies del caminante y el ADN de la plataforma y bloquean los puntos de apoyo de esa estación en particular. En el lado opuesto del andador, luego desbloquean una fila separada, al que ahora se pueden sujetar los pies del cilindro.

"Dependiendo de lo que se agregue, el caminante se mueve en una dirección o en la otra, "explica Liu." Nos inspiran los motores moleculares que ocurren naturalmente:el fluido mueve el cilindro y sus pies hacia adelante y hacia atrás por medio de un movimiento térmico ". Debido al hecho de que los pies solo se vuelven a acoplar en un lado, el andador avanza lentamente. Cada paso tiene siete nanómetros de largo, que es más de cien mil veces más pequeño que el paso de una hormiga del bosque.

Los investigadores usan resonancia de plasmón para rastrear el camino del nanocilindro

Para rastrear el camino de la pequeña máquina, los investigadores se basaron en un efecto nanoóptico llamado resonancia de plasmón. Los plasmones son oscilaciones colectivas de numerosos electrones y a menudo están presentes en metales, entre otros materiales. "La luz puede interactuar con los plasmones en el oro, "Explica Liu." La luz se absorbe parcialmente en el proceso en nuestro caso, resultando en lo que se conoce como resonancia de plasmón ". Al analizar el haz de luz, los investigadores pueden medir este fenómeno.

Determinar la ubicación exacta del cilindro, sin embargo, requirió colocar un segundo, Nanocilindro de oro estacionario en la parte inferior de la plataforma de origami de ADN. Hablando en general, este segundo cilindro sirve como punto de referencia. La razón de esto es porque juntos, los dos cilindros provocan un cambio en la polarización circular del haz de luz:la luz consiste en un campo electromagnético oscilante. La polarización es equivalente a la dirección en la que oscila el campo; en luz circularmente polarizada, gira en sentido horario o antihorario. Al observar los cambios espectrales resultantes de la interacción con la luz polarizada circular, los investigadores pueden determinar la posición actual del caminante.

"Al utilizar este enfoque, pudimos rastrear cada paso. Es por eso que el andador es más que un elemento móvil; también proporciona información sobre su ubicación, ", dice Liu. La sofisticada tecnología de microscopios se volvió redundante para observar el caminante plasmónico, que Liu considera un precursor de una "nueva generación de nanomáquinas con propiedades ópticas personalizadas". El investigador ahora tiene como objetivo utilizar esta herramienta para estudiar más a fondo la interacción de la luz y la materia a nanoescala, así como el comportamiento mecánico de nanopartículas. Porque si el caminante del oro está destinado a algún día alcanzar su objetivo y completar varias tareas, todavía necesita dar algunos pasos, y no solo en el origami de ADN.