A ilustração mostra como gotículas com diferentes fitas de DNA se combinam primeiro em cadeias, que são então programadas para se dobrar em geometrias específicas, análogas ao dobramento de proteínas. O tapete destaca um caminho de dobramento de uma cadeia de hexâmeros que se dobra em um politetraedro. O zoom mostra como a formação de hélices duplas de DNA impulsiona a ligação gotícula-gota. Crédito:Kaitlynn Snyder
Uma equipe de físicos criou uma nova maneira de automontar partículas – um avanço que oferece uma nova promessa para a construção de materiais complexos e inovadores no nível microscópico.
A automontagem, introduzida no início dos anos 2000, dá aos cientistas um meio de "pré-programar" partículas, permitindo a construção de materiais sem mais intervenção humana - o equivalente microscópico dos móveis da Ikea que podem se montar sozinhos.
A descoberta, relatada na revista
Nature , centra-se em emulsões - gotículas de óleo imersas em água - e seu uso na automontagem de dobradeiras, que são formas únicas que podem ser previstas teoricamente a partir da sequência de interações de gotículas.
O processo de auto-montagem empresta do campo da biologia, imitando o dobramento de proteínas e RNA usando colóides. Na
Natureza No trabalho, os pesquisadores criaram minúsculas gotículas à base de óleo na água, possuindo uma série de sequências de DNA que serviram como "instruções" de montagem. Essas gotículas primeiro se reúnem em cadeias flexíveis e, em seguida, colapsam sequencialmente, ou dobram-se, por meio de moléculas de DNA pegajosas. Essa dobragem produz uma dúzia de tipos de dobradeiras, e uma especificidade adicional poderia codificar mais da metade das 600 formas geométricas possíveis.
As imagens de microscopia mostram uma cadeia de gotículas azuis e amarelas alternadas dobrando-se em uma geometria de coroa através de interações azul-azul, azul-amarelo e, finalmente, amarelo-amarelo, mediadas por fitas de DNA pegajosas. Gotículas microscópicas são programadas para interagir através de fitas de DNA pegajosas para dobrar de forma única em formas bem definidas, como mostrado aqui. Crédito:Brujic Lab
"Ser capaz de pré-programar arquiteturas coloidais nos dá os meios para criar materiais com propriedades intrincadas e inovadoras", explica Jasna Brujic, professora do Departamento de Física da Universidade de Nova York e uma das pesquisadoras. "Nosso trabalho mostra como centenas de geometrias automontadas podem ser criadas de forma única, oferecendo novas possibilidades para a criação da próxima geração de materiais."
A pesquisa também incluiu Angus McMullen, pós-doutorando do Departamento de Física da NYU, bem como Maitane Muñoz Basagoiti e Zorana Zeravcic da ESPCI Paris.
Os cientistas enfatizam o aspecto contra-intuitivo e pioneiro do método:em vez de exigir um grande número de blocos de construção para codificar formas precisas, sua técnica de dobra significa que apenas alguns são necessários porque cada bloco pode adotar uma variedade de formas.
"Ao contrário de um quebra-cabeça, em que cada peça é diferente, nosso processo usa apenas dois tipos de partículas, o que reduz bastante a variedade de blocos de construção necessários para codificar uma forma específica", explica Brujic. "A inovação está em usar o dobramento semelhante ao que as proteínas fazem, mas em uma escala de comprimento 1.000 vezes maior - cerca de um décimo da largura de um fio de cabelo. Essas partículas primeiro se unem para formar uma cadeia, que depois se dobra de acordo com para interações pré-programadas que guiam a cadeia através de caminhos complexos em uma geometria única."
"A capacidade de obter um léxico de formas abre o caminho para uma maior montagem em materiais de maior escala, assim como as proteínas se agregam hierarquicamente para construir compartimentos celulares na biologia", acrescenta ela.
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