No corpo humano, a informação genética é codificada em blocos de construção de ácido desoxirribonucléico de fita dupla, o chamado DNA. Usando moléculas artificiais de DNA, uma equipe internacional de cientistas liderada pela Cluster of Excellence Nanosystems Initiative Munich produziu materiais nanoestruturados que podem ser usados ​​para modificar a luz visível por especificação. Os pesquisadores apresentam seus resultados na edição atual da renomada revista científica. Natureza .

Houve muita empolgação alguns anos atrás, após a descoberta da técnica de origami de DNA. A abordagem poderia ser usada para construir nanopartículas de uma determinada forma e tamanho. Contudo, aplicações reais, como nano-pinças, permaneceu fora de alcance. Uma equipe internacional de pesquisadores liderada pelo professor Tim Liedl da Ludwig-Maximillians-Universitaet Muenchen e o professor Friedrich Simmel da Technische Universitaet Muenchen conseguiram agora construir nanopartículas usando blocos de construção de DNA opticamente ativos que podem ser usados ​​para modificar a luz de maneiras muito específicas .

O acoplamento de luz e nanoestruturas pode ajudar a reduzir significativamente o tamanho dos sensores ópticos para aplicações médicas e ambientais, ao mesmo tempo que os torna mais sensíveis. Contudo, o tamanho de uma onda de luz que se estende por mais de 400 a 800 nanômetros é gigantesco em comparação com nanoestruturas de apenas alguns nanômetros. Ainda assim, em teoria, quando as estruturas mais ínfimas trabalham juntas de maneiras muito específicas, mesmo pequenos objetos podem interagir muito bem com a luz. Infelizmente, não é possível produzir as estruturas tridimensionais necessárias com precisão em nanoescala em quantidades e pureza suficientes usando métodos convencionais.

"Com origami de DNA, agora encontramos uma metodologia que atende a todos esses requisitos. Permite definir antecipadamente e com precisão nanométrica a forma tridimensional do objeto a ser criado, "diz o professor Friedrich Simmel, que detém a cadeira de Sistemas Biomoleculares e Bionanotecnologia na TU Muenchen. Programado apenas usando a sequência de blocos de construção básicos, os nanoelementos se dobram nas estruturas desejadas. ”A equipe de Friedrich Simmel construiu com sucesso nano escadas em espiral de 57 nanômetros de altura e 34 nanômetros de diâmetro com partículas de ouro de 10 nanômetros fixadas em intervalos regulares.

Na superfície das partículas de ouro, os elétrons reagem com o campo eletromagnético da luz. A pequena folga entre as partículas garante que as partículas de ouro de uma fita de DNA funcionem em uníssono, ampliando assim as interações muitas vezes. Professor Alexander O. Govorov, físico teórico da Ohio State University em Atenas, EUA, previu que o efeito deveria depender do espaçamento, tamanho e composição das partículas de metal. Usando o método de origami de DNA, os físicos de Munique construíram nanoestruturas nas quais variaram esses parâmetros.

Os resultados desses experimentos confirmam as previsões de seus colegas em todos os aspectos:as soluções aquosas de nanoescadas em espiral para destras e canhotas diferem visivelmente em suas interações com a luz polarizada circular. Escadas em espiral com partículas grandes mostram uma resposta óptica significativamente mais forte do que aquelas com partículas pequenas. A composição química das partículas também teve um grande efeito:quando as partículas de ouro foram revestidas com uma camada de prata, a ressonância óptica mudou do vermelho para o domínio azul da onda mais curta.

Ao combinar cálculos teóricos e as possibilidades do origami de DNA, os pesquisadores agora são capazes de produzir materiais nano-ópticos com características precisamente especificadas. O professor Tim Liedl descreve o caminho que a pesquisa pode seguir:"Vamos agora investigar se podemos usar este método para influenciar o índice de refração dos materiais que fabricamos. Materiais com um índice de refração negativo podem ser usados ​​para desenvolver novos sistemas de lentes ópticas - então chamadas de super lentes. "