DNA, o portador da informação genética, tornou-se um material de construção altamente útil em nanotecnologia. Um requisito em muitas aplicações é o controle, conjunto comutável de nanoestruturas. No jornal Angewandte Chemie , os cientistas já introduziram uma nova estratégia de controle por meio da alteração do valor do pH. É baseado em etilenodiamina, que suporta apenas a montagem de componentes de DNA em um ambiente neutro a ácido - independente das sequências de bases e sem íons metálicos.
Um conjunto de fitas simples curtas de DNA pode ser tricotado em um bloco que se agrega ainda mais em uma rica gama de geometrias por meio de autodirecionamento, coesões de extremidade pegajosa. A chamada montagem de ladrilhos imita um processo de formação de cristais na natureza. Depois que os fios certos são projetados, uma estrutura específica se forma por meio de um processo de automontagem. Os pesquisadores esperam usar esse método no futuro para organizar nanomateriais ou fazer nanorrobôs que podem realizar pequenas intervenções em órgãos doentes ou mesmo células individuais. A nanoeletrônica e a nanocatálise também são possíveis áreas de aplicação futura.
O controlado, a montagem comutável de nanoestruturas ocorre com a ajuda de certos motivos estruturais de DNA que mudam de forma quando o pH muda. Contudo, essas estruturas são baseadas em sequências de bases muito específicas. Em contraste, um método independente de sequência ofereceria acesso a um universal, método versátil para a automontagem de DNA, ampliando significativamente as possíveis áreas de aplicação da nanotecnologia de DNA dinâmica.
Cientistas da Universidade de Tecnologia de Hefei; Universidade de Ciência e Tecnologia da China, Hefei, China, e a Purdue University em West Lafayette, EUA, comece com uma pequena molécula orgânica, etilenodiamina, H2N — CH2 — CH2 — NH2. Na água, um ou ambos os grupos amino (–NH2) se ligam reversivelmente a um próton adicional (H +), dependendo do valor de pH. As quantidades relativas das três espécies possíveis dependem fortemente do pH. As moléculas de etilenodiamina com uma carga positiva dupla são capazes de proteger eletrostaticamente as cargas negativas no backbone do DNA para que se repelam menos, o que favorece a automontagem.
A equipe liderada por Yulin Li, Zhaoxiang Deng, e Chengde Mao foi capaz de usar um tampão contendo etilenodiamina para montar blocos de construção de DNA em forma de cruz individuais (ladrilhos) em uma estrutura em favo de mel bidimensional estendida em um ambiente neutro a ácido. Em condições ligeiramente alcalinas, nenhuma estrutura estendida foi formada. Como exemplo de uma estrutura tridimensional, os pesquisadores fizeram gaiolas tetraédricas com blocos de construção em forma de estrelas de três pontas. A um pH de 6,5, as estrelas foram reversivelmente convertidas em tetraedro; a um pH de 8, eles voltaram à forma de estrela ou aos fios individuais.
Para proteger as cargas negativas no DNA, íons metálicos carregados positivamente como Mg2 + são normalmente usados. O tampão de etilenodiamina não requer íons metálicos. Os íons metálicos aumentam a atividade de muitas enzimas, particularmente nucleases de divisão de DNA. Este novo sistema é, portanto, mais adequado para uso na presença de enzimas.
