Usando DNA de salmão, pesquisadores na Coréia do Sul esperam fazer dispositivos biomédicos e outros fotônicos melhores baseados em filmes finos orgânicos. Freqüentemente usado em tratamentos de câncer e monitoramento de saúde, filmes finos têm todos os recursos de dispositivos baseados em silício com a possível vantagem adicional de serem mais compatíveis com o tecido vivo.

Uma película fina é exatamente o que parece, uma camada de material com apenas nanômetros ou micrômetros de espessura que pode ser usada para canalizar a luz. Se o filme for um dielétrico, isto é, um isolante como o vidro - pode ser usado sem se preocupar com a possibilidade de conduzir eletricidade.

"O DNA é o material orgânico mais abundante, e é um dielétrico transparente, comparável à sílica, "disse Kyunghwan" Ken "Oh, do Laboratório de Física de Dispositivos Fotônicos da Universidade Yonsei, Seul, Coreia do Sul. No jornal Optical Materials Express , da The Optical Society (OSA), Oh e seus colegas expõem seu método para fabricar os filmes finos de uma forma que lhes dê um controle preciso sobre as propriedades ópticas e térmicas do material.

Como base para o vidro de sílica que compõe as fibras ópticas, o silício é há muito um material dominante em dispositivos fotônicos inorgânicos porque está prontamente disponível e é fácil de trabalhar do ponto de vista dos materiais. Oh argumenta que o DNA pode desempenhar o mesmo papel em dispositivos fotônicos orgânicos porque pode ser encontrado em todo o mundo vivo. Poderia, por exemplo, ser usado para fazer guias de ondas semelhantes às fibras de sílica para transportar luz dentro do corpo. Dispositivos orgânicos também devem ser fáceis de fabricar, mais flexível do que o silício e ecologicamente correto.

'Uma flecha mais afiada'

Uma propriedade chave dos materiais usados ​​em dispositivos fotônicos é o índice de refração, que determina como a luz é direcionada. Uma fibra óptica requer um núcleo com um índice, envolto em um revestimento com um índice diferente o suficiente para que, quando a luz atinge a interface entre o núcleo e o revestimento, ele é forçado de volta para o núcleo em vez de vazar. Os fabricantes de fibra óptica não precisam apenas de material com dois índices de refração diferentes, eles precisam controlar a magnitude dessa diferença para obter os efeitos desejados.

No ajuste fino de um método para usar DNA para criar filmes finos que poderiam ser usados ​​em dispositivos fotônicos, A equipe de Oh conseguiu obter uma faixa de índices de refração quatro vezes maior do que a disponível no silício. Com uma diferença de índice maior entre o núcleo e o revestimento, eles podem fazer fibras ópticas muito mais finas, tão baixo quanto 3 mícrons de diâmetro, em comparação com um mínimo de 10 em silício. Isso permite um tamanho de ponto menor para a luz que sai da fibra, o que pode ser útil em aplicações que devem ter como alvo a luz com cuidado. "Se você tem um alvo pequeno, você deve ter uma flecha mais afiada, "disse Oh.

As aplicações potenciais podem incluir terapia fotodinâmica, quando um paciente com câncer recebe um medicamento ou outra substância que se liga às células de um tumor e a luz ativa o medicamento e destrói as células cancerosas, deixando o tecido saudável intocado. Os filmes também podem ser úteis em optogenética, em que a luz é usada para controlar a atividade de células cerebrais específicas, ou para fazer sensores para medir a pressão ou o conteúdo de oxigênio da pressão sanguínea que poderiam ser usados ​​por muito tempo sem causar irritação por serem orgânicos.

Lutando contra resultados inconsistentes

Para fazer um filme fino, que pode ser usado como base para dispositivos fotônicos, pesquisadores têm que dissolver o DNA na água, e então dissolver essa mistura em um solvente orgânico. O líquido é colocado em uma superfície, que gira para que o material se espalhe uniformemente. O solvente então evapora para deixar o filme para trás. Porque o DNA não se dissolve prontamente, pesquisadores primeiro misturam com uma solução de água e cetiltrimetilamônio (CTMA), um surfactante semelhante a sabão. A mistura produz um precipitado, que pode então ser dissolvido no solvente e revestido por centrifugação.

Embora os pesquisadores tenham usado este procedimento por vários anos, seus resultados têm sido inconsistentes. "Percebemos que, dependendo dos papéis, o índice de refração e as propriedades do material variaram em uma ampla faixa, então estávamos muito curiosos sobre isso, "disse Oh." E descobrimos que o processo de fabricação era um pouco diferente de grupo de pesquisa para grupo de pesquisa. "

Controlando o processo

Três alunos de pós-graduação no laboratório de Oh - Woohyun Jung, Hwiseok Jun e Seongjin Hong — descobriram que, controlando a quantidade de água e CTMA em sua mistura, eles poderiam ajustar o índice de refração do filme fino. O teste revelou misturas diferentes, dependendo se eles adicionaram gotas de água e DNA na solução de CTMA, ou água e CTMA no banho de DNA. Oh descreve a fita de DNA como uma corda, com sites ao longo dele aos quais o CTMA pode se ligar. "Se você soltar esta corda em uma banheira CTMA, há toneladas de CTMA disponíveis, para que você possa embeber a corda com o CTMA, "disse Oh. Por outro lado, se você soltar CTMA em um grande lote de DNA, a "corda" pode não ficar completamente molhada; isso é, existem áreas de DNA sem CTMA anexado.

Quanto mais água a mistura continha, quanto menos CTMA houvesse, e vice versa. Controlando cuidadosamente a quantidade de ambos, a equipe conseguiu atingir o índice de refração desejado. A mesma abordagem forneceu controle sobre as propriedades térmicas do filme, permitindo aos pesquisadores controlar o quanto o índice de refração mudou quando o filme foi aquecido ou resfriado. Isso pode permitir que o filme seja usado como um sensor de temperatura, já que as mudanças na luz que o atravessa estariam ligadas a mudanças na temperatura.

O laboratório de Oh também está explorando outros métodos para controlar as propriedades ópticas do DNA. Sua esperança é desenvolver um conjunto de princípios e processos fundamentais que permitirão aos fabricantes construir uma ampla gama de dispositivos ópticos, incluindo uma nova geração de sensores vestíveis.