p A estrutura única do DNA é ideal para transportar informações genéticas, mas os cientistas descobriram recentemente maneiras de explorar esta molécula versátil para outros fins:controlando as sequências de DNA, eles podem manipular a molécula para formar muitas formas diferentes em nanoescala. p Engenheiros químicos e moleculares do MIT e da Universidade de Harvard agora expandiram essa abordagem usando DNA dobrado para controlar a nanoestrutura de materiais inorgânicos. Depois de construir nanoestruturas de DNA de várias formas, eles usaram as moléculas como modelos para criar padrões em nanoescala em folhas de grafeno. Este poderia ser um passo importante para a produção em grande escala de chips eletrônicos feitos de grafeno, uma folha de carbono de um átomo de espessura com propriedades eletrônicas exclusivas.

p "Isso nos dá uma ferramenta química para programar formas e padrões em escala nanométrica, formando circuitos eletrônicos, por exemplo, "diz Michael Strano, professor de engenharia química no MIT e autor sênior de um artigo que descreve a técnica na edição de 9 de abril da Nature Communications .

p Peng Yin, professor assistente de biologia de sistemas na Harvard Medical School e membro do Instituto Wyss de Engenharia Inspirada na Biologia de Harvard, também é um autor sênior do artigo, e o pós-doutorado do MIT Zhong Jin é o autor principal. Outros autores são pós-docs de Harvard Wei Sun e Yonggang Ke, Alunos de pós-graduação do MIT Chih-Jen Shih e Geraldine Paulus, e os pós-doutorandos do MIT Qing Hua Wang e Bin Mu.

p A maioria dessas nanoestruturas de DNA são feitas usando uma nova abordagem desenvolvida no laboratório de Yin. Nanoestruturas de DNA complexas com formas precisamente prescritas são construídas usando fitas de DNA sintéticas curtas chamadas ladrilhos de fita simples. Cada um desses ladrilhos atua como um tijolo de brinquedo interligado e se liga a quatro vizinhos designados.

p Usando esses blocos de fita simples, O laboratório de Yin criou mais de 100 formas distintas em nanoescala, incluindo o alfabeto completo de letras maiúsculas em inglês e muitos emoticons. Essas estruturas são projetadas usando um software de computador e podem ser montadas em uma reação simples. Alternativamente, tais estruturas podem ser construídas usando uma abordagem chamada origami de DNA, em que muitas fitas curtas de DNA dobram uma longa fita na forma desejada.

p Contudo, O DNA tende a se degradar quando exposto à luz solar ou oxigênio, e pode reagir com outras moléculas, portanto, não é ideal como material de construção de longo prazo. "Gostaríamos de explorar as propriedades de nanomateriais mais estáveis ​​para aplicações estruturais ou eletrônicas, "Strano diz.

p Em vez de, ele e seus colegas transferiram as informações estruturais precisas codificadas no DNA para um grafeno mais resistente. O processo químico envolvido é bastante simples, Strano diz:primeiro, o DNA é ancorado em uma superfície de grafeno usando uma molécula chamada aminopirina, que é semelhante em estrutura ao grafeno. O DNA é então revestido com pequenos aglomerados de prata ao longo da superfície, o que permite que uma camada subsequente de ouro seja depositada sobre a prata.

p Uma vez que a molécula é revestida de ouro, o DNA metalizado estável pode ser usado como uma máscara para um processo chamado litografia de plasma. Plasma de oxigênio, um "fluxo de gás" muito reativo de moléculas ionizadas, é usado para desgastar qualquer grafeno desprotegido, deixando para trás uma estrutura de grafeno idêntica à forma original do DNA. O DNA metalizado é então lavado com cianeto de sódio.

p Moldando circuitos de grafeno

p A equipe de pesquisa usou essa técnica para criar vários tipos de formas, incluindo junções X e Y, bem como anéis e fitas. Eles descobriram que, embora a maioria das informações estruturais seja preservada, algumas informações são perdidas quando o DNA é revestido de metal, portanto, a técnica ainda não é tão precisa quanto outra técnica chamada litografia de feixe eletrônico.

p Contudo, litografia de feixe eletrônico, que usa feixes de elétrons para esculpir formas em grafeno, é caro e leva muito tempo, portanto, seria muito difícil escalá-lo para produzir em massa componentes elétricos ou outros componentes feitos de grafeno.

p Uma forma de particular interesse para os cientistas é uma fita de grafeno, que é uma faixa muito estreita de grafeno que confina os elétrons do material, dando-lhe novas propriedades. O grafeno normalmente não tem um bandgap - uma propriedade necessária para qualquer material atuar como um transistor típico. Contudo, fitas de grafeno têm um bandgap, para que eles pudessem ser usados ​​como componentes de circuitos eletrônicos.

p “Ainda há interesse em usar grafeno para eletrônica digital. O grafeno em si não é ideal para isso, mas se você padronizar em fitas, pode ser possivel, "Strano diz.

p Os cientistas também estão interessados ​​em anéis de grafeno porque eles podem ser usados ​​como transistores de interferência quântica, um novo tipo de transistor criado quando os elétrons fluem ao redor de um círculo. Esse tipo de comportamento só foi observado recentemente, e essa técnica de fabricação poderia permitir que os cientistas criassem muitos anéis para que pudessem estudar esse fenômeno mais profundamente.

p A longo prazo, a estratégia de fabricação de nanoestruturas de DNA pode ajudar os pesquisadores a projetar e construir circuitos eletrônicos feitos de grafeno. Isso tem sido difícil até agora porque é um desafio colocar estruturas minúsculas de carbono, como nanotubos e nanofios, em uma folha de grafeno. Contudo, usar as máscaras de DNA metalizadas para organizar estruturas em uma folha de grafeno pode tornar o processo muito mais fácil.

p A nova abordagem é "conceitualmente nova, "diz Robert Haddon, professor de engenharia química e ambiental da Universidade da Califórnia em Riverside, que não fazia parte da equipe de pesquisa. "O trabalho mostra o potencial das nanoarquiteturas de DNA metalizadas automontadas como máscaras litográficas para padronização em escala de wafer de elementos de circuitos eletrônicos à base de grafeno. Acredito que essa abordagem estimulará pesquisas adicionais sobre a aplicação de técnicas de nanopadronização em nanoeletrônica à base de grafeno. " p Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.