p DNA, a base molecular da vida, tem novos truques na manga. As quatro bases das quais ele é composto se encaixam como peças de um quebra-cabeça e podem ser artificialmente manipuladas para construir formas infinitamente variadas em duas ou três dimensões. A tecnica, conhecido como origami de DNA, promete trazer microeletrônica futurística e inovações biomédicas ao mercado. p Hao Yan, um pesquisador do Instituto de Biodesign da Arizona State University, trabalhou por muitos anos para refinar a técnica. Seu objetivo é compor novos conjuntos de regras de design, expandindo amplamente a gama de arquiteturas em nanoescala geradas pelo método. Em uma nova pesquisa, uma variedade de nanoformas inovadoras são descritas, cada um exibindo um controle de design sem precedentes.

p Yan é o Ilustre Presidente Milton D. Glick de Química e Bioquímica e dirige o Centro de Design Molecular e Biomimética da Biodesign.

p No estudo atual, nano-formas complexas exibindo arquiteturas de wireframe arbitrárias foram criadas, usando um novo conjunto de regras de design. "Métodos de projeto anteriores usavam estratégias, incluindo arranjo paralelo de hélices de DNA para aproximar formas arbitrárias, mas o ajuste preciso de arquiteturas de wireframe de DNA que conectam vértices no espaço 3D exigiu uma nova abordagem, "Yan diz.

p Yan sempre foi fascinado com a capacidade aparentemente ilimitada da Natureza para inovação em design. O novo estudo descreve estruturas wireframe de alta complexidade e programabilidade, fabricado através do controle preciso de ramificação e curvatura, usando novos princípios organizacionais para os projetos. (Wireframes são modelos tridimensionais esqueléticos representados puramente por meio de linhas e vértices.)

p As nanoformas resultantes incluem matrizes de rede simétrica, estruturas quasicristalinas, matrizes curvilíneas, e um esboço simples de wire art na escala de 100 nm, bem como objetos 3D, incluindo um cubo reto com 60 arestas e 24 vértices e um sólido arquimediano reconfigurável que pode ser controlado para fazer as transições de desdobramento e redobramento entre 3D e 2D.

p A pesquisa aparece na edição online avançada da revista Nature Nanotechnology .

p Em investigações anteriores, o grupo Yan criou formas arquitetônicas sutis em uma escala incrivelmente diminuta, alguns medindo apenas dezenas de nanômetros de diâmetro - aproximadamente o diâmetro de uma partícula de vírus. Esses nanoobjetos incluem esferas, espirais, frascos, Formas Möbius, e até mesmo um robô autônomo semelhante a uma aranha, capaz de seguir uma trilha de DNA preparada.

p A técnica de origami de DNA tira proveito das propriedades simples de pareamento de bases do DNA, uma molécula construída a partir dos quatro nucleotídeos Adenina (A), Timina (T) Citosina (C) e (Guanina). As regras do jogo são simples:A's sempre emparelha com T's e C's com G's. Usando este vocabulário abreviado, a miríade de planos corporais de todos os organismos vivos é construída; embora duplicar até mesmo os designs mais simples da Natureza exigisse grande engenhosidade.

p A ideia básica do origami de DNA é usar um pedaço de DNA de fita simples como suporte para a forma desejada. O emparelhamento de bases de nucleotídeos complementares faz com que a forma se dobre e se auto-monte. O processo é guiado pela adição de "fios básicos mais curtos, "que atuam para ajudar a dobrar o andaime e manter a estrutura resultante unida. Várias tecnologias de imagem são usadas para observar as estruturas minúsculas, incluindo fluorescência-, microscopia eletrônica e de força atômica.

p Embora o origami de DNA produzisse originalmente nanoarquitetura de interesse puramente estético, refinamentos da técnica abriram a porta para uma gama de aplicações interessantes, incluindo gaiolas moleculares para o encapsulamento de moléculas, imobilização e catálise de enzimas, ferramentas de detecção química e biológica, mecanismos de entrega de drogas, e dispositivos de computação molecular.

p A técnica descrita no novo estudo leva esta abordagem um passo adiante, permitindo que os pesquisadores superem as restrições locais de simetria, criando arquiteturas de wireframe com maior arbitrariedade e complexidade de ordem. Aqui, cada segmento de linha e vértice é projetado e controlado individualmente. O número de braços que emanam de cada vértice pode variar de 2 a 10 e os ângulos precisos entre os braços adjacentes podem ser modificados.

p No estudo atual, o método foi aplicado pela primeira vez ao simétrico, repetir desenhos poligonais regularmente, incluindo hexagonal, geometrias de ladrilho quadradas e triangulares. Esses designs comuns são conhecidos como padrões de mosaico.

p Uma estratégia inteligente envolvendo uma série de pontes e loops foi usada para rotear corretamente a vertente do andaime, permitindo que passe por toda a estrutura, tocando todas as linhas do wireframe uma vez e apenas uma vez. Fios de grampos foram então aplicados para completar os designs.

p Em fases subsequentes, os pesquisadores criaram estruturas de wireframe mais complexas, sem a simetria translacional local encontrada nos padrões de mosaico. Três desses padrões foram feitos, incluindo uma forma de estrela, um ladrilho de Penrose de 5 vezes e um padrão quasicristalino de 8 vezes. (Quasicristais são estruturas altamente ordenadas, mas não periódicas. Esses padrões podem preencher continuamente o espaço disponível, mas não são translacionalmente simétricas.) Estruturas de loop inseridas em fitas básicas e nucleotídeos desemparelhados nos pontos de vértice das fitas de suporte também foram usadas, permitindo aos pesquisadores realizar modificações de precisão nos ângulos dos braços de junção.

p As novas regras de design foram testadas em seguida com a montagem de nanoestruturas cada vez mais complexas, envolvendo vértices que variam de 2 a 10 braços, com muitos ângulos e curvaturas diferentes envolvidos, incluindo um padrão complexo de pássaros e flores. A precisão do projeto foi posteriormente confirmada por imagens AFM, provando que o método poderia produzir nanoestruturas de DNA wireframe altamente sofisticadas.

p O método foi então adaptado para produzir uma série de estruturas 3D também, incluindo um cuboctaedro, e outro sólido arquimediano conhecido como cubo retângulo - uma estrutura com 60 arestas, 24 vértices e 38 faces, incluindo 6 quadrados e 32 triângulos equiláteros. Os autores enfatizam que as novas inovações de design descritas podem ser usadas para compor e construir qualquer nanoestrutura de wireframe imaginável - um avanço significativo para o campo em expansão.

p No horizonte, estruturas em nanoescala podem um dia ser organizadas para caçar células cancerosas no corpo ou atuar como linhas de montagem de robôs para o projeto de novos medicamentos.