A nanociência tem o potencial de desempenhar um papel enorme no aprimoramento de uma gama de produtos, incluindo sensores, fotovoltaica e eletrônicos de consumo. Os cientistas neste campo criaram uma infinidade de materiais em escala nano, como nanocristais de metal, nanotubos de carbono e nanofios semicondutores. Contudo, apesar de seu apelo, Continua sendo um desafio surpreendente projetar a orientação e a colocação desses materiais nas arquiteturas de dispositivo desejadas que são reproduzíveis com alto rendimento e baixo custo - até agora.

Jen Cha, professor de nanoengenharia da UC San Diego, e sua equipe de pesquisadores, descobriram que uma maneira de preencher essa lacuna é usar biomoléculas, como DNA e proteínas. Detalhes desta descoberta foram publicados recentemente em um artigo intitulado "Large Area Spatially Ordered Arrays of Gold Nanoparticles Directed by Lithographically Confined DNA Origami, " no Nature Nanotechology .

"As estruturas automontadas são frequentemente muito pequenas e os padrões litográficos acessíveis são muito grandes, "disse Albert Hung, autor principal do artigo da Nature Nanotechnology e pós-doutorado trabalhando no laboratório de Cha. "Mas nanoestruturas de DNA sintético racionalmente projetadas nos permitem acessar escalas de comprimento entre 5 e 100 nanômetros e unir os dois sistemas.

"As pessoas criaram uma grande variedade de nanoestruturas exclusivas e funcionais, mas para alguns aplicativos pretendidos eles são inúteis, a menos que você possa colocar estruturas individuais, bilhões ou trilhões deles ao mesmo tempo, em locais precisos, "Hung acrescentou." Esperamos que nossa pesquisa nos aproxime mais da solução deste difícil problema. "

Hung disse que o método recentemente descoberto pode ser útil para a fabricação de circuitos eletrônicos ou ópticos em nanoescala e sensores multiplex.

"Vários grupos trabalharam em partes desse problema de pesquisa antes, mas até onde sabemos, somos os primeiros a tentar abordar tantas partes juntas como um todo, " ele disse.

Uma das principais aplicações desta pesquisa em que Cha e seu grupo estão interessados ​​é em sensoriamento. "Não há uma rota previsível para ser capaz de construir uma matriz complexa de diferentes elementos sensores em nanoescala atualmente, "disse Cha, um ex-cientista de pesquisa da IBM que ingressou no corpo docente da UCSD Jacobs School of Engineering em 2008. "Nosso trabalho é um dos primeiros exemplos claros de como você pode fundir litografia de cima para baixo com auto-montagem de baixo para cima para construir tal matriz. Isso significa que você tem um substrato que é padronizado por litografia convencional, e então você precisa pegar esse padrão e mesclá-lo com algo que possa direcionar a montagem de objetos ainda menores, como aqueles com dimensões entre 2 e 20 nanômetros. Você precisa de um modelo intermediário, que é o origami de DNA, que tem a capacidade de se ligar a algo muito menor e direcionar sua montagem para a configuração desejada. Isso significa que podemos construir transistores a partir de nanotubos de carbono e também possivelmente usar nanoestruturas para detectar certas proteínas em soluções. Os cientistas têm falado sobre a padronização de diferentes conjuntos de proteínas em um substrato e agora temos a capacidade de fazer isso. "

Cha disse que o próximo passo seria desenvolver um dispositivo baseado neste método de pesquisa.

"Estou muito interessado nas aplicações desta pesquisa e estamos trabalhando para chegar lá, " ela disse.

Nos últimos 6 anos, A pesquisa de Cha se concentrou no uso da biologia para projetar a montagem de materiais em nanoescala para aplicações na medicina, eletrônica e energia. Uma das limitações da nanociência é que não permite a produção em massa de produtos, mas o trabalho de Cha está focado em tentar descobrir como fazer isso de forma barata. Muito de seu trabalho recente se concentrou no uso de DNA para construir estruturas 2D.

"Usar DNA para montar materiais é uma área que entusiasma muitas pessoas, "Cha disse." Você pode dobrar o DNA em qualquer coisa que você quiser - por exemplo, você pode construir um grande andaime e dentro dele você pode montar objetos muito pequenos, como nanopartículas, nanofios ou proteínas.

"Os engenheiros precisam entender as forças físicas necessárias para construir matrizes funcionais a partir de materiais funcionais, "ela acrescentou." Meu trabalho como nanoengenharia é descobrir o que você precisa fazer para colocar todas as diferentes partes juntas, seja um veículo de entrega de drogas, aplicações fotovoltaicas, sensores ou transistores. Precisamos pensar em maneiras de pegar todos os nanomateriais e transformá-los em algo que as pessoas possam usar e manter. "