A nanotecnologia está dando seus primeiros passos. Pesquisadores do Instituto Max Planck de Sistemas Inteligentes em Stuttgart desenvolveram um nanocilindro de ouro equipado com fitas de DNA discretas como 'pés' que podem andar por uma plataforma de origami de DNA. Eles são capazes de rastrear os movimentos do nanowalker, que é menor do que o limite de resolução óptica, excitando plasmons no nanocilindro de ouro. Plasmons são oscilações coletivas de numerosos elétrons. A excitação muda o raio de luz, permitindo assim aos pesquisadores realmente observar o nanowalker. Seu principal objetivo é usar esses nanoobjetos plasmônicos móveis para estudar como partículas minúsculas interagem com a luz.

Nanomáquinas - ou seja, dispositivos mecânicos com dimensões de nanômetros - poderiam um dia realizar tarefas específicas em campos como a medicina, processando informação, química ou pesquisa científica, de acordo com especialistas em nanotecnologia. No entanto, as máquinas em miniatura que são milhares de vezes menores que o diâmetro de um cabelo humano representam desafios significativos para os cientistas:em primeiro lugar, os constituintes individuais consistem meramente em um pequeno número de átomos; dificilmente é possível lidar com tais componentes, muito menos montá-los de maneira precisa. Além disso, as máquinas precisariam ser alimentadas com energia. E finalmente, os pesquisadores não podem simplesmente verificar se o dispositivo está de fato funcionando. As técnicas de microscopia necessárias para tal observação são complexas e requerem, por exemplo, câmaras de vácuo, em que os dispositivos seriam destruídos. No Instituto Max Planck de Sistemas Inteligentes em Stuttgart, uma equipe de pesquisadores, incluindo Chao Zhou e Xiaoyang Duan, chefiada por Laura Na Liu criou agora um nanowalker que eles podem observar com a ajuda de um efeito nanoótico.

O corpo do nanowalker consiste em um cilindro de ouro com 35 nanômetros de comprimento e dez nanômetros de largura. "A superfície do cilindro é preparada com numerosas fitas idênticas de DNA que funcionam efetivamente como pés, "Liu explica o líder do grupo. Essas fitas de DNA se projetam do cilindro de ouro como as cerdas de um pincel de garrafa." Elas permitem que o cilindro de ouro faça contato com a superfície abaixo dela e viaje através dela.

O nanowalker atravessa um tapete de fitas de DNA

A passagem do cilindro de ouro também é composta de DNA - um modelo de origami de DNA, para ser mais preciso. Estendendo-se a partir desse andaime de DNA dobrado como fibras de um tapete estão filas longitudinais de fios curtos que são paralelos ao cilindro e servem como apoio para os pés minúsculos do andador. Cada linha do tapete de DNA compreende uma combinação diferente de bases, e cada linha representa uma estação. Inicialmente, os pés do caminhante ligam-se a duas fileiras vizinhas, enquanto os apoios para os pés das outras linhas permanecem bloqueados.

"O caminhante avança em um movimento giratório, de estação para estação, "diz Liu. Para tornar isso possível, os pesquisadores devem constantemente adicionar pequenos fragmentos de DNA ao fluido no qual a ação está ocorrendo. Esses trechos são projetados para corresponder ao DNA das linhas individuais. Primeiro, eles quebram uma linha de conexões que ligam os pés do caminhante e o DNA da plataforma e bloqueiam os apoios para os pés daquela estação específica. No lado oposto do andador, eles então desbloqueiam uma linha separada, ao qual os pés do cilindro podem agora ser fixados.

"Dependendo do que for adicionado, o caminhante se move em uma direção ou na outra, "explica Liu." Somos inspirados por motores moleculares de ocorrência natural:o fluido move o cilindro e seus pés para frente e para trás por meio de movimento térmico. " o caminhante avança lentamente. Cada etapa tem sete nanômetros de comprimento, que é mais de cem mil vezes menor do que o único passo de uma formiga da madeira.

Pesquisadores usam ressonância de plasmon para traçar o caminho do nanocilindro

A fim de rastrear o caminho da pequena máquina, os pesquisadores confiaram em um efeito nano-óptico chamado ressonância de plasmon. Plasmons são oscilações coletivas de numerosos elétrons e estão frequentemente presentes em metais, entre outros materiais. "A luz pode interagir com os plasmons no ouro, "Liu explica." A luz é parcialmente absorvida no processo em nosso caso, resultando no que é conhecido como ressonância de plasmon. "Ao analisar o feixe de luz, os pesquisadores podem medir esse fenômeno.

Determinar a localização exata do cilindro, Contudo, necessário colocar um segundo, nanocilindro de ouro estacionário na parte inferior da plataforma de origami de DNA. Em termos gerais, este segundo cilindro serve como um ponto de referência. A razão para isso é porque juntos, os dois cilindros provocam uma mudança na polarização circular do feixe de luz:A luz consiste em um campo eletromagnético oscilante. A polarização é equivalente à direção em que o campo oscila; em luz polarizada circularmente, ele gira no sentido horário ou anti-horário. Ao observar as mudanças espectrais resultantes da interação com a luz polarizada circular, os pesquisadores podem determinar a posição atual do andador.

"Usando essa abordagem, pudemos rastrear cada passo. É por isso que o andador é mais do que apenas um elemento móvel - ele também fornece informações sobre sua localização, "diz Liu. Tecnologia de microscópio sofisticada, portanto, tornou-se redundante para observar o andador plasmônico, que Liu considera um precursor de uma "nova geração de nanomáquinas com propriedades ópticas personalizadas". O pesquisador agora pretende usar essa ferramenta para estudar mais a fundo a interação da luz e da matéria em nanoescala, bem como o comportamento mecânico das nanopartículas. Porque se o caminhante do ouro está realmente destinado a um dia atingir seu objetivo e completar várias tarefas, ainda precisa dar alguns passos - e não apenas no origami de DNA.