p Lembre-se de Slinky, a mola de metal enrolada que "desce" escadas com apenas um empurrão, impulso e gravidade? Pesquisadores do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) desenvolveram sua própria versão deste clássico - embora 10 milhões de vezes menor - como uma nova tecnologia para manipular e medir moléculas de DNA e outros materiais em nanoescala (bilionésimo de metro). p No primeiro de dois artigos recentes *, Samuel Stavis, Elizabeth Strychalski e colegas demonstraram que um canal fluídico em nanoescala em forma de escada com muitos degraus (desenvolvido anteriormente no NIST e na Universidade Cornell) pode ser usado para controlar a deriva de outra forma aleatória de uma molécula de DNA através de um fluido. Comprimido no degrau mais raso do topo da escada, uma fita de DNA se difunde aleatoriamente nessa etapa. A molécula de DNA busca aumentar sua entropia - a tendência universal à desordem em um sistema - ao aliviar seu confinamento, e portanto, “Desce” para a próxima etapa mais profunda quando atinge a borda. O movimento da molécula escada abaixo, que os pesquisadores chamaram de "entroforese" (transporte impulsionado pela entropia), termina quando fica preso no degrau mais profundo na parte inferior. Porque este movimento se assemelha ao de um Slinky, os pesquisadores apelidaram seu sistema de "nanoslinky". Os pesquisadores descobriram que as moléculas de DNA de diferentes tamanhos e formas desceram a escada em taxas diferentes - o que sugere que a estrutura poderia ser usada para separar, concentrar e organizar misturas de objetos em nanoescala.

p Stavis diz que esta nova tecnologia oferece vantagens sobre os métodos nanofluídicos tradicionais para manipulação e medição de DNA. “O controle sobre o comportamento de uma molécula de DNA está embutido na estrutura da escada. Depois de colocar a molécula no degrau superior [conduzindo a fita de DNA escada acima com um campo elétrico], nenhuma força externa é necessária para fazê-lo se mover, ”Stavis diz. “A escada é uma tecnologia nanofluídica passiva que automatiza manipulações e medições complexas de DNA.”

p Este avanço do NIST na tecnologia nanofluídica se encaixa perfeitamente com a inovação do NIST na ciência da medição - especificamente, determinar o tamanho de uma molécula de DNA em "confinamento em fenda" nanofluídico imposto pela estreita lacuna entre o piso de cada degrau e o teto do canal. No sistema “nanoslinky”, Strychalski explica, a fita de DNA enrolada e dobrada se contrai progressivamente à medida que desce os degraus. “Porque existem muitos passos, podemos fazer medições mais detalhadas do que estudos anteriores, ”Ela diz.

p Obter o máximo dessas medições foi o objetivo da pesquisa relatada no segundo artigo da equipe do NIST. ** “O desafio era tornar nossas medições do tamanho do DNA mais quantitativas, ”Strychalski diz.

p Medições anteriores de dimensões de DNA em sistemas nanofluídicos, Strychalski diz, foram limitados por erros de imagem dos microscópios ópticos usados ​​para medir as dimensões das moléculas de DNA marcadas com um corante fluorescente. “O primeiro problema é o limite de difração, ou a resolução óptica, do microscópio de fluorescência, ”Ela diz. “O segundo problema é a resolução de pixels da câmera. Como uma molécula de DNA não é muito maior do que o comprimento de onda da luz e o tamanho efetivo do pixel, imagens de moléculas de DNA fluorescentes são borradas e pixeladas, e isso aumenta o tamanho aparente da molécula. ”

p Para melhorar suas medições de moléculas de DNA durante sua descida, os pesquisadores do NIST usaram modelos para aproximar os efeitos da difração e pixilação. A aplicação dessas “simulações numéricas” às imagens de moléculas de DNA confinadas pela escada tornou as medições finais do tamanho do DNA as mais quantitativas até agora. Essas medições também mostraram que mais trabalho é necessário para compreender totalmente esse sistema complicado.

p De acordo com Stavis e Strychalski, a escada é um protótipo simples de uma nova classe de estruturas nanofluídicas projetadas com superfícies tridimensionais complexas. Com mais refinamentos, a tecnologia pode algum dia ser produzida em massa para medir e manipular não apenas as moléculas de DNA, mas outros tipos de biopolímeros e materiais em nanoescala para cuidados de saúde e nanofabricação.