Uma equipe de pesquisadores da Universidade da Califórnia, Davis e a Universidade de Washington demonstraram que a condutância do DNA pode ser modulada pelo controle de sua estrutura, abrindo assim a possibilidade de uso futuro do DNA como uma chave eletromecânica para computação em nanoescala. Embora o DNA seja comumente conhecido por seu papel biológico como a molécula da vida, recentemente atraiu um interesse significativo para uso como um material em nanoescala para uma ampla variedade de aplicações.

Em seu artigo publicado em Nature Communications , a equipe demonstrou que mudar a estrutura da dupla hélice do DNA, modificando seu ambiente, permite que a condutância (a facilidade com que uma corrente elétrica passa) seja controlada reversivelmente. Essa capacidade de modular estruturalmente as propriedades de transporte de carga pode permitir o projeto de nanodispositivos exclusivos com base no DNA. Esses dispositivos operariam usando um paradigma completamente diferente do que a eletrônica convencional de hoje.

"À medida que os eletrônicos ficam menores, eles se tornam mais difíceis e caros de fabricar, mas dispositivos baseados em DNA podem ser projetados de baixo para cima usando técnicas de automontagem dirigida, como 'origami de DNA', "disse Josh Hihath, professor assistente de engenharia elétrica e da computação na UC Davis e autor sênior do artigo. Origami de DNA é a dobradura do DNA para criar formas bidimensionais e tridimensionais em nível de nanoescala.

"Um progresso considerável foi feito na compreensão da mecânica do DNA, estrutural, e propriedades de automontagem e o uso dessas propriedades para projetar estruturas em nanoescala. As propriedades elétricas, Contudo, geralmente são difíceis de controlar, "disse Hihath.

Nova torção no DNA? Possíveis paradigmas para computação

Além de vantagens potenciais na fabricação em nível de nanoescala, tais dispositivos baseados em DNA também podem melhorar a eficiência energética de circuitos eletrônicos. O tamanho dos dispositivos foi reduzido significativamente nos últimos 40 anos, mas como o tamanho diminuiu, a densidade de potência no chip aumentou. Cientistas e engenheiros têm explorado novas soluções para melhorar a eficiência.

"Não há razão para que a computação deva ser feita com transistores tradicionais. Os primeiros computadores eram totalmente mecânicos e, mais tarde, trabalharam com relés e tubos a vácuo, "disse Hihath." Mudar para uma plataforma eletromecânica pode eventualmente nos permitir melhorar a eficiência energética de dispositivos eletrônicos em nanoescala. "

Este trabalho demonstra que o DNA é capaz de operar como uma chave eletromecânica e pode levar a novos paradigmas de computação.

Para desenvolver o DNA em um interruptor reversível, os cientistas se concentraram em alternar entre duas conformações estáveis ​​de DNA, conhecido como forma A e forma B. No DNA, a forma B é o duplex de DNA convencional comumente associado a essas moléculas. A forma A é uma versão mais compacta com espaçamento e inclinação diferentes entre os pares de bases. A exposição ao etanol força o DNA na conformação de forma A, resultando em um aumento da condutância. De forma similar, removendo o etanol, o DNA pode voltar à forma B e retornar ao seu valor de condutância reduzida original.

Um passo em direção à computação molecular

A fim de desenvolver esta descoberta em uma plataforma tecnologicamente viável para a eletrônica, os autores também observaram que ainda há muito trabalho a ser feito. Embora esta descoberta forneça uma demonstração de prova de princípio da comutação eletromecânica no DNA, geralmente há dois obstáculos principais a serem superados no campo da eletrônica molecular. Primeiro, bilhões de dispositivos moleculares ativos devem ser integrados no mesmo circuito que é feito atualmente na eletrônica convencional. Próximo, os cientistas devem ser capazes de bloquear dispositivos específicos individualmente em um sistema tão grande.

"Eventualmente, o aspecto ambiental de portas deste trabalho terá que ser substituído por um sinal mecânico ou elétrico, a fim de endereçar localmente um único dispositivo, "observou Hihath.