p Pesquisadores do Instituto Wyss de Engenharia Inspirada na Biologia da Universidade de Harvard revelaram um novo método para formar pequenas nanopartículas de metal 3D em formas e dimensões prescritas usando DNA, Bloco de construção da natureza, como molde de construção. p A capacidade de moldar nanopartículas inorgânicas de materiais como ouro e prata em formatos 3-D precisamente projetados é um avanço significativo que tem o potencial de avançar a tecnologia de laser, microscopia, células solares, eletrônicos, testes ambientais, detecção de doenças e muito mais.

p "Construímos pequenas fundições feitas de DNA rígido para fabricar nanopartículas de metal em formas tridimensionais exatas que planejamos e projetamos digitalmente, "disse Peng Yin, autor sênior do artigo, Wyss membro do corpo docente e professor assistente de Biologia de Sistemas na Harvard Medical School.

p As descobertas da equipe Wyss, descrito em um artigo intitulado "Fundindo Estruturas Inorgânicas com Moldes de DNA, "foram publicados hoje em Ciência . O trabalho foi feito em colaboração com o Laboratório de Biologia Computacional e Biofísica do MIT, liderado por Mark Bathe, co-autor sênior do artigo.

p "As descobertas do artigo descrevem um avanço significativo na nanotecnologia de DNA, bem como na síntese de nanopartículas inorgânicas, "Yin disse. Pela primeira vez, uma estratégia geral para fabricar nanopartículas inorgânicas com formas 3D especificadas pelo usuário foi alcançada para produzir partículas tão pequenas quanto 25 nanômetros ou menos, com notável precisão (menos de 5 nanômetros). Uma folha de papel tem aproximadamente 100, 000 nanômetros de espessura.

p As nanopartículas inorgânicas 3D são primeiro concebidas e meticulosamente planejadas usando um software de design de computador. Usando o software, os pesquisadores projetam "estruturas" tridimensionais do tamanho e forma desejados, construídas a partir de sequências lineares de DNA, que se atraem e se ligam uns aos outros de maneira previsível.

p "Ao longo dos anos, os cientistas têm tido muito sucesso em criar formas 3D complexas a partir do DNA usando diversas estratégias, "disse Wei Sun, um pós-doutorado no Laboratório de Sistemas Moleculares de Wyss e o principal autor do artigo. Por exemplo, em 2012, a equipe de Wyss revelou como o design auxiliado por computador pode ser usado para construir centenas de modelos diferentes de automontagem, dois-, e nanoformas tridimensionais de DNA com precisão perfeita. É essa capacidade de projetar nanoestruturas arbitrárias usando a manipulação de DNA que inspirou a equipe de Wyss a imaginar o uso dessas estruturas de DNA como fundições práticas, ou "moldes", para substâncias inorgânicas.

p "O desafio era traduzir este tipo de controle geométrico 3D na capacidade de moldar estruturas em outros materiais diversos e funcionalmente relevantes, como ouro e prata, "Sun disse.

p Assim como qualquer material em expansão pode ser moldado dentro de um molde para assumir uma forma 3D definida, a equipe de Wyss começou a cultivar partículas inorgânicas dentro dos espaços vazios confinados de nanoestruturas de DNA rígidas

p O conceito pode ser comparado ao método japonês de cultivo de melancias em cubos de vidro. Ao cultivar sementes de melancia até a maturidade dentro de caixas de vidro em forma de cubo, Os fazendeiros japoneses criam melões maduros em forma de cubo que permitem o transporte e o armazenamento densamente compactados da fruta.

p Os pesquisadores de Wyss similarmente plantaram uma minúscula "semente" de ouro dentro da cavidade oca de seu molde de DNA em forma de cubo cuidadosamente projetado e então o estimularam a crescer. Usando uma solução química ativadora, a semente de ouro cresceu e se expandiu para preencher todo o espaço existente dentro da estrutura do DNA, resultando em uma nanopartícula cubóide com as mesmas dimensões de seu molde., com o comprimento, largura e altura da partícula capaz de ser controlada de forma independente.

p Próximo, pesquisadores fabricaram formas poligonais 3D variadas, esferas, e estruturas mais ambiciosas, como uma nanopartícula em forma de Y 3D e outra estrutura que compreende uma forma cubóide ensanduichada entre duas esferas, provando que nanopartículas estruturalmente diversas podem ser moldadas usando projetos de moldes de DNA complexos.

p Dado seu tamanho inconcebivelmente pequeno, pode ser uma surpresa que os moldes de DNA rígidos sejam proporcionalmente bastante robustos e fortes, capaz de suportar as pressões de expansão de materiais inorgânicos. Embora a equipe tenha selecionado mudas de ouro para lançar suas nanopartículas, há uma ampla gama de nanopartículas inorgânicas que podem ser moldadas à força por meio desse processo de nanoformação de DNA.

p Uma propriedade muito útil é que, uma vez lançada, essas nanopartículas podem reter a estrutura do molde de DNA como um revestimento externo, permitindo modificação de superfície adicional com precisão nanoescala impressionante. Esses revestimentos também podem ajudar os cientistas a desenvolver alta sensibilidade, métodos multiplex de detecção de cânceres em estágio inicial e doenças genéticas, combinando a especificidade química do DNA com a leitura do sinal do metal. Para partículas que serviriam melhor ao seu propósito sendo o mais eletricamente condutivas possível, como em nanocomputadores muito pequenos e circuitos eletrônicos, o revestimento da estrutura de DNA é rápida e facilmente quebrado e removido para produzir fios e conectores de metal puro.

p "As propriedades do DNA que permitem que ele se auto-monte e codifique os blocos de construção da vida foram aproveitadas, re-propositado e re-imaginado para a nanofabricação de materiais inorgânicos, "disse Don Ingber, Diretor fundador do Wyss Institute. "Essa capacidade deve abrir estratégias inteiramente novas para campos que vão desde a miniaturização de computadores até a detecção de energia e patógenos."