p O DNA tem atraído atenção por seu potencial como plataforma de material programável que pode gerar nanodispositivos totalmente novos e revolucionários na ciência da computação, microscopia, biologia, e mais. Os pesquisadores têm trabalhado para dominar a capacidade de persuadir as moléculas de DNA a se automontar nas formas e tamanhos precisos necessários para realizar totalmente esses sonhos da nanotecnologia. p Nos últimos 20 anos, cientistas tentaram projetar grandes cristais de DNA com profundidade precisamente prescrita e características complexas - uma busca de design que acaba de ser cumprida por uma equipe do Instituto Wyss de Engenharia Inspirada na Biologia de Harvard. A equipe construiu 32 cristais de DNA com profundidade definida com precisão e uma variedade de recursos tridimensionais (3D) sofisticados, um avanço relatado em Química da Natureza .

p A equipe usou seu método de "auto-montagem de tijolo de DNA", que foi revelado pela primeira vez em 2012 Ciência publicação quando eles criaram mais de 100 nanoestruturas complexas 3D do tamanho de vírus. As estruturas de cristal periódicas recém-alcançadas são mais de 1000 vezes maiores do que as estruturas de tijolo de DNA discretas, dimensionando-se mais perto de um grão de poeira, que é realmente muito grande no mundo da nanotecnologia de DNA.

p "Estamos muito satisfeitos que nossa abordagem de tijolo de DNA tenha resolvido este desafio, "disse o autor sênior e membro do corpo docente do Wyss Institute Peng Yin, Ph.D., que também é Professor Associado de Biologia de Sistemas na Harvard Medical School, "e ficamos realmente surpresos com o quão bem funciona."

p Os cientistas têm lutado para cristalizar nanoestruturas de DNA 3D complexas usando métodos de automontagem mais convencionais. O risco de erro tende a aumentar com a complexidade das unidades estruturais de repetição e o tamanho do cristal de DNA a ser montado.

p O método do tijolo de DNA usa curtos, fitas sintéticas de DNA que funcionam como blocos de Lego® interligados para construir estruturas complexas. As estruturas são projetadas primeiro usando um modelo de computador de um cubo molecular, que se torna uma tela mestre. Cada tijolo é adicionado ou removido independentemente da tela mestre 3D para chegar à forma desejada - e então o design é colocado em ação:os filamentos de DNA que se combinariam para atingir a estrutura desejada são misturados e montados automaticamente para alcançar o projetado estruturas cristalinas.

p "É aí que reside a principal característica distintiva de nossa estratégia de design - sua modularidade, "disse o co-autor principal Yonggang Ke, Ph.D., ex-Wyss Institute Postdoctoral Fellow e agora professor assistente do Georgia Institute of Technology e da Emory University. "A capacidade de simplesmente adicionar ou remover peças da tela mestre facilita a criação de praticamente qualquer design."

p A modularidade também torna relativamente fácil definir com precisão a profundidade do cristal. "Esta é a primeira vez que alguém demonstra a capacidade de projetar racionalmente a profundidade do cristal com precisão nanométrica, até 80 nm neste estudo, "Ke disse. Em contraste, as redes de DNA bidimensionais anteriores são tipicamente estruturas de camada única com apenas 2 nm de profundidade.

p "Os cristais de DNA são atraentes para aplicações de nanotecnologia porque são compostos de unidades estruturais repetidas que fornecem um modelo ideal para recursos de design escaláveis", disse o co-autor principal estudante de graduação Luvena Ong.

p Além disso, como parte deste estudo, a equipe demonstrou a capacidade de posicionar nanopartículas de ouro em arquiteturas 2D prescritas com menos de dois nanômetros de distância umas das outras ao longo da estrutura do cristal - uma característica crítica para futuros dispositivos quânticos e um avanço técnico significativo para sua produção escalonável, disse o co-autor Wei Sun, Ph.D., Wyss Institute Postdoctoral Fellow.

p "Minhas noções preconcebidas das limitações do DNA foram consistentemente destruídas por nossos novos avanços na nanotecnologia de DNA, "disse William Shih, Ph.D., que é co-autor do estudo e membro do corpo docente do Wyss Institute Founding Core, além de Professor Associado do Departamento de Química Biológica e Farmacologia Molecular da Harvard Medical School e do Departamento de Biologia do Câncer do Dana-Farber Cancer Institute. "A nanotecnologia de DNA agora nos possibilita montar, de forma programável, estruturas prescritas que rivalizam com a complexidade de muitas máquinas moleculares que vemos na Natureza. "

p "A equipe de Peng está usando o método de automontagem de tijolos de DNA para construir a base para o novo cenário da nanotecnologia de DNA em um ritmo impressionante, "disse o Diretor Fundador do Wyss Institute, Don Ingber, M.D., Ph.D. "O que foram meras visões de como a molécula de DNA poderia ser usada para fazer avançar tudo, desde a indústria de semicondutores até a biofísica, estão rapidamente se tornando realidade."