p Cientistas de todo o mundo estão usando a programabilidade do DNA para montar estruturas complexas em escala nanométrica. Até agora, Contudo, a produção dessas estruturas artificiais foi limitada a ambientes aquáticos, porque o DNA funciona naturalmente dentro do ambiente aquoso das células vivas. p Pesquisadores do Georgia Institute of Technology mostraram agora que podem montar nanoestruturas de DNA em um solvente que não contém água. Eles também descobriram que adicionar uma pequena quantidade de água ao solvente aumenta a taxa de montagem e fornece um novo meio de controlar o processo. O solvente também pode facilitar a produção de estruturas mais complexas, reduzindo o problema de o DNA ficar preso em estruturas indesejadas.

p A pesquisa pode abrir novas aplicações para a nanotecnologia de DNA, e ajudar a aplicar a tecnologia de DNA à fabricação de semicondutores em nanoescala e estruturas plasmônicas. Patrocinado pela National Science Foundation e NASA, a pesquisa será publicada como matéria de capa no Volume 54, Edição 23 da revista Angewandte Chemie International Edition .

p "Estruturas de nanotecnologia de DNA estão ficando cada vez mais complexas, e este solvente pode ajudar os pesquisadores que estão trabalhando neste campo em crescimento, "disse Nicholas Hud, professor da Escola de Química e Bioquímica da Georgia Tech. “Com este trabalho, mostramos que as nanoestruturas de DNA podem ser montadas em um solvente livre de água, e que podemos misturar água com o mesmo solvente para acelerar a montagem. Também podemos pegar as estruturas que foram montadas neste solvente misturado com água - remover a água aplicando vácuo - e fazer com que as estruturas de DNA permaneçam intactas no solvente livre de água. "

p A taxa de montagem de nanoestruturas de DNA pode ser muito lenta, e depende fortemente da temperatura. O aumento da temperatura aumenta essa taxa, mas as temperaturas muito altas podem fazer com que as estruturas do DNA se desintegrem. O sistema de solventes desenvolvido na Georgia Tech adiciona um novo nível de controle sobre a montagem do DNA. Estruturas de DNA se reúnem em temperaturas mais baixas neste solvente, e adicionar água pode ajustar a viscosidade do solvente, o que permite uma montagem mais rápida em comparação com a versão sem água do solvente.

p “Este solvente muda as regras, "disse Isaac Gállego, um pesquisador de pós-doutorado no laboratório de Hud e o primeiro autor do artigo. "Agora temos uma ferramenta que controla a cinética e a termodinâmica de montagem de DNA em um só solvente. Esse solvente também oferece propriedades aprimoradas para a nanotecnologia e para a estabilidade desses nanomateriais em solução."

p Gállego havia trabalhado com nanotecnologia de DNA antes de vir para a Georgia Tech, e estava convencido de que solventes alternativos poderiam avançar nesse campo. Na Georgia Tech, ele avaliou novos solventes para uso com nanoestruturas de DNA, solventes que foram projetados para outros fins. Um solvente que ele testou, chamada glicolina, que é uma mistura de glicerol e cloreto de colina, permitiu que uma estrutura de origami de DNA bidimensional fosse montada em seis dias a uma temperatura de 20 graus Celsius.

p A glicolina não apenas montou a estrutura do DNA a uma temperatura relativamente baixa, mas também evitou "armadilhas cinéticas, "estruturas intermediárias que são estáveis, mas não a estrutura desejada, Disse Gállego. Estruturas que não se montam completamente são a principal fonte de baixos rendimentos no processo de nanofabricação de DNA.

p "Este solvente pode fornecer uma nova ferramenta para fazer designs mais complicados com DNA, porque você pode evitar aprisionar essas estruturas complexas em etapas intermediárias, "Ele acrescentou." As armadilhas cinéticas estão entre os gargalos para a produção de nanoestruturas de DNA mais complicadas.

p A glicolina é miscível em água, portanto, pode ser misturado em qualquer proporção com água para controlar a cinética do processo de montagem. Por exemplo, uma estrutura que se monta em seis dias em solvente puro se monta em três horas em uma solução de glicolina contendo 10 por cento de água. Uma característica fundamental do novo sistema de solventes é que ele não requer mudanças nos projetos de nanotecnologia de DNA existentes que foram desenvolvidos para água.

p "Você pode ir e voltar entre os estados hidratado e não hidratado, "disse Gállego." Esse sistema de solventes preserva as estruturas de DNA que foram desenvolvidas para funcionar na água. "

p O sistema de solventes pode melhorar o uso combinado de nanopartículas metálicas e materiais à base de DNA. Nos solventes aquosos típicos onde a nanotecnologia de DNA é realizada, nanopartículas são propensas a agregação. A baixa volatilidade do solvente também pode permitir o armazenamento de estruturas de DNA montadas sem a preocupação de que um meio à base de água seque.

p A equipe de pesquisa, que também incluiu Martha Grover da Escola de Engenharia Química e Biomolecular da Georgia Tech, até agora usou o solvente para montar três estruturas, incluindo duas estruturas de origami de DNA. Em trabalho futuro, eles esperam usar o controle fornecido por solventes livres de água para obter rearranjos estruturais dinâmicos de DNA que não são possíveis na água, e investigar outros solventes que podem ter propriedades adicionais atraentes para aplicações de nanotecnologia.

p "Estávamos confiantes de que encontraríamos um solvente compatível com a nanotecnologia de DNA existente, "adicionou Hud, que também é diretor do NSF-NASA Center for Chemical Evolution e diretor associado do Parker H. Petit Institute of Bioengineering and Bioscience, ambos na Georgia Tech. "O que foi surpreendente foi encontrar um solvente que permite a montagem de estruturas mais facilmente do que na água. Isso foi completamente inesperado porque a nanotecnologia de DNA foi desenvolvida em água."

p A pesquisa sobre solventes sem água surgiu da pesquisa da Georgia Tech sobre as origens da vida. Hud e seus colegas se perguntaram se as moléculas necessárias para a vida, como o ancestral do DNA, poderia ter se desenvolvido em uma solução sem água. Em alguns casos, ele notou, a química necessária para formar as moléculas da vida seria muito mais fácil sem a presença de água.

p "Este trabalho foi inspirado por pesquisas sobre as origens da vida com a questão básica de saber se estruturas complexas de DNA poderiam existir em solventes não aquosos, e mostramos que eles podem, "disse Hud." E o que descobrimos ao trabalhar com esses novos solventes pode ajudar a responder a algumas perguntas sobre as origens da vida, além de ter aplicações em nanotecnologia. "