Los investigadores han ideado un sistema de control magnético para hacer que pequeños robots basados ​​en ADN se muevan a demanda, y mucho más rápido de lo que es posible recientemente.

En el diario Comunicaciones de la naturaleza , Carlos Castro y Ratnasingham Sooryakumar y sus colegas de la Universidad Estatal de Ohio informan que el sistema de control redujo el tiempo de respuesta de los componentes prototipo de nano-robot de varios minutos a menos de un segundo.

El descubrimiento no solo representa una mejora significativa en la velocidad, Este trabajo y otro estudio reciente presagian el primer directo, control en tiempo real de máquinas moleculares basadas en ADN.

El descubrimiento podría algún día permitir que los nano-robots fabriquen objetos, como dispositivos de administración de medicamentos, de manera tan rápida y confiable como sus contrapartes de tamaño completo. Previamente, los investigadores solo podían mover el ADN indirectamente, induciendo reacciones químicas para persuadirlo a moverse de cierta manera, o introduciendo moléculas que reconfiguran el ADN uniéndose a él. Esos procesos llevan tiempo.

"Imagínese decirle a un robot en una fábrica que haga algo y tener que esperar cinco minutos para que realice un solo paso de una tarea. Ese era el caso de los métodos anteriores para controlar las nano-máquinas de ADN, "dijo Castro, profesor asociado de ingeniería mecánica y aeroespacial.

"Los métodos de manipulación en tiempo real, como nuestro enfoque magnético, permiten a los científicos interactuar con nanodispositivos de ADN, ya su vez interactuar con moléculas y sistemas moleculares que podrían acoplarse a esos nano-dispositivos en tiempo real con retroalimentación visual directa ".

En un trabajo anterior, El equipo de Castro utilizó una técnica llamada origami de ADN para doblar hebras individuales de ADN para formar herramientas microscópicas simples como rotores y bisagras. Incluso construyeron un "caballo de Troya" a partir de ADN para administrar medicamentos a las células cancerosas.

Para este nuevo estudio, los investigadores se unieron a Ratnasingham Sooryakumar, profesor de física. Anteriormente desarrolló "pinzas" magnéticas microscópicas para mover células biológicas en aplicaciones biomédicas como la terapia génica. Las pinzas en realidad estaban hechas de grupos de partículas magnéticas que se movían en sincronía para empujar las células hacia donde la gente quería que fueran.

Esas partículas magnéticas aunque invisible a simple vista, eran todavía muchas veces más grandes que una de las nano-máquinas de Castro, Sooryakumar explicó.

"Habíamos descubierto una forma de aprovechar el poder de las fuerzas magnéticas para sondear el mundo microscópico, un mundo oculto de asombrosa complejidad, ", dijo." Pero queríamos hacer la transición del micromundo al nanomundo. Esto llevó a la colaboración con el Dr. Castro. Los desafíos eran reducir mil veces la funcionalidad de nuestras partículas, acoplarlos a ubicaciones precisas en las partes móviles de las máquinas e incorporar moléculas fluorescentes como balizas para monitorear las máquinas mientras se mueven ".

Para este estudio, el equipo construyó varillas, rotores y bisagras con origami de ADN. Luego usaron palancas rígidas de ADN para conectar los componentes nanoscópicos a perlas en miniatura hechas de poliestireno impregnado con material magnético. Ajustando un campo magnético, descubrieron que podían ordenar a las partículas que movieran los componentes hacia adelante y hacia atrás o los hicieran girar. Los componentes ejecutaron los movimientos instruidos en menos de un segundo.

Por ejemplo, el nano-rotor pudo girar 360 grados completos en aproximadamente un segundo con un movimiento controlado continuamente impulsado por un campo magnético giratorio. La nano-bisagra pudo cerrarse o abrirse en 0.4 segundos, o sostenido en un ángulo específico con una precisión de 8 grados.

Estos movimientos podrían haber tomado varios minutos si se hubieran ejecutado con métodos tradicionales. Dijo Castro. Él prevé que los nanomateriales complejos o los complejos biomoleculares podrían algún día fabricarse en nanofábricas basadas en ADN que detecten y respondan a su entorno local.

El estudio tardó en llegar:los investigadores decidieron fusionar la plataforma magnética de Sooryakumar con los dispositivos de ADN de Castro hace años. "Se necesitó mucho trabajo dedicado por parte de varios estudiantes para hacer realidad esa idea, y estamos emocionados de seguir construyendo sobre eso. Este estudio demuestra un avance emocionante que solo fue posible con esta colaboración interdisciplinaria ", dijo Castro.