Los investigadores de la UNSW han superado un importante desafío de diseño en el camino hacia el control de las dimensiones de los llamados nanobots de ADN, estructuras que se ensamblan a sí mismas a partir de componentes de ADN.

Los nanorobots autoensamblados pueden parecer ciencia ficción, pero una nueva investigación en nanotecnología del ADN los ha acercado un paso más a la realidad. Los casos de uso futuros de nanobot no solo se desarrollarán en una escala pequeña, pero incluyen aplicaciones más amplias en el campo de la salud y la medicina, como curación de heridas y desobstrucción de arterias.

Investigadores de UNSW, con colegas en el Reino Unido, han publicado una nueva teoría del diseño en ACS Nano sobre cómo controlar la longitud de los nanobots autoensamblados en ausencia de un molde, o plantilla.

"Tradicionalmente construimos estructuras ensamblando componentes manualmente en el producto final deseado. Eso funciona bastante bien y fácilmente si las piezas son grandes, pero a medida que te vas haciendo más y más pequeño, se vuelve más difícil hacer esto, ", dice el autor principal, el Dr. Lawrence Lee, de Single Molecule Science de UNSW Medicine.

Los investigadores médicos ya pueden construir robots a nanoescala que se pueden programar para realizar tareas muy pequeñas, como colocar pequeños componentes eléctricos o administrar medicamentos a las células cancerosas.

En UNSW, los investigadores utilizan moléculas biológicas, como el ADN, para construir estos nanorobots. En un proceso llamado autoensamblaje molecular, pequeños componentes individuales se construyen a sí mismos en estructuras más grandes.

El desafío de usar el autoensamblaje para construir es descubrir cómo programar los bloques de construcción para construir la estructura deseada, y hacer que se detengan cuando la estructura sea lo suficientemente larga o alta.

Para este proyecto, los investigadores de la UNSW implementaron su diseño sintetizando subunidades de ADN, llamado PolyBricks. Como sucede en los sistemas naturales, cada uno de los bloques de construcción está codificado con los planes maestros para autoensamblar en estructuras predefinidas de longitud establecida.

El Dr. Lee compara los PolyBricks con los microbots de la película de ciencia ficción Big Hero Six, donde los microbots se autoensamblan en una multitud de formaciones diferentes.

"En la película, el robot definitivo es un grupo de subunidades idénticas que pueden ser instruidas para autoensamblarse en cualquier forma global deseada, "dice el Dr. Lee.

Los autores utilizaron un principio de diseño conocido como acumulación de deformaciones para controlar las dimensiones de sus estructuras construidas.

"Con cada bloque que agregamos, la energía de tensión se acumula entre los PolyBricks, hasta que finalmente la energía es demasiado grande para que se unan más bloques. Este es el punto en el que las subunidades dejarán de ensamblarse, "Dice el Dr. Lee.

Para controlar la longitud de la estructura final, es decir, cuántos PolyBricks se unen:el equipo de investigación modificó la secuencia en su diseño de ADN para regular la cantidad de tensión que se agrega con cada nuevo bloque.

"Nuestra teoría podría ayudar a los investigadores a diseñar otras formas de utilizar la acumulación de tensión para controlar las dimensiones globales de los autoensamblajes abiertos, "Dice el Dr. Lee.

Los autores dicen que este mecanismo podría usarse para codificar formas más complejas utilizando unidades de autoensamblaje.

"Es este tipo de investigación fundamental sobre cómo organizamos la materia a nanoescala lo que nos llevará a la próxima generación de nanomateriales, nanomedicinas, y nanoelectrónica, "dice Ph.D. graduado y autor principal, Dr. Jonathan Berengut.