p DNA, as coisas da vida, pode muito bem também ser um grande choque para os engenheiros que tentam avançar no desenvolvimento de minúsculos, dispositivos eletrônicos de baixo custo. p Muito parecido com ligar o interruptor de luz em casa - apenas em uma escala 1, 000 vezes menor que um cabelo humano - uma equipe liderada pela ASU desenvolveu agora o primeiro switch de DNA controlável para regular o fluxo de eletricidade em um único, molécula de tamanho atômico. O novo estudo, liderado pelo pesquisador do ASU Biodesign Institute Nongjian Tao, foi publicado no jornal online avançado Nature Communications .

p “Foi estabelecido que o transporte de carga é possível no DNA, mas para um dispositivo útil, deseja-se poder ligar e desligar o transporte de carga. Alcançamos esse objetivo modificando quimicamente o DNA, "disse Tao, que dirige o Centro de Biodesign para Bioeletrônica e Biossensores e é professor nas Fulton Schools of Engineering. "Não apenas isso, mas também podemos adaptar o DNA modificado como uma sonda para medir reações no nível de uma única molécula. Isso fornece uma maneira única de estudar reações importantes implicadas na doença, ou reações de fotossíntese para novas aplicações de energia renovável. "

p Os engenheiros costumam pensar em eletricidade como água, e o novo interruptor de DNA da equipe de pesquisa atua para controlar o fluxo de elétrons ligado e desligado, assim como a água saindo de uma torneira.

p Anteriormente, O grupo de pesquisa de Tao havia feito várias descobertas para entender e manipular o DNA para sintonizar mais precisamente o fluxo de eletricidade através dele. Eles descobriram que podiam fazer o DNA se comportar de maneiras diferentes - e podiam persuadir os elétrons a fluir como ondas de acordo com a mecânica quântica, ou "pular" como coelhos na maneira como a eletricidade em um fio de cobre funciona - criando um novo e empolgante caminho para o DNA, aplicações nanoeletrônicas.

p Tao montou uma equipe multidisciplinar para o projeto, incluindo o aluno de pós-doutorado da ASU Limin Xiang e Li Yueqi realizando experimentos de bancada, Julio Palma trabalhando no referencial teórico, com mais ajuda e supervisão dos colaboradores Vladimiro Mujica (ASU) e Mark Ratner (Northwestern University).

p Para realizar seu feito de engenharia, O grupo de Tao, modificou apenas uma das icônicas letras químicas de dupla hélice do DNA, abreviado como A, C, T ou G, com outro grupo químico, chamada antraquinona (Aq). A antraquinona é uma estrutura de carbono de três anéis que pode ser inserida entre os pares de bases do DNA, mas contém o que os químicos chamam de grupo redox (abreviação de redução, ou ganhando elétrons ou oxidação, perder elétrons).

p Esses grupos químicos também são a base de como nossos corpos convertem energia química por meio de interruptores que enviam todos os pulsos elétricos em nossos cérebros, nossos corações e sinais de comunicação dentro de cada célula que podem estar implicados nas doenças mais prevalentes.

p A hélice Aq-DNA modificada agora pode ajudá-lo a realizar a troca, deslizando confortavelmente entre os degraus que compõem a escada da hélice de DNA, e conferindo-lhe uma nova habilidade de ganhar ou perder elétrons reversivelmente.

p Por meio de seus estudos, quando eles imprensaram o DNA entre um par de eletrodos, eles controlaram cuidadosamente seu campo elétrico e mediram a capacidade do DNA modificado de conduzir eletricidade. Isso foi realizado usando um grampo de nanoeletrônica, um microscópio de tunelamento de varredura, que atua como a ponta de um eletrodo para completar uma conexão, sendo repetidamente puxado para dentro e para fora do contato com as moléculas de DNA na solução, como um dedo tocando uma gota d'água.

p "Descobrimos que o mecanismo de transporte de elétrons no atual sistema antraquinona-DNA favorece o" salto "de elétrons via antraquinona e bases de DNA empilhadas, "disse Tao. Além disso, eles descobriram que podiam controlar reversivelmente os estados de condutância para fazer o DNA ligar (alta condutância) ou desligar (baixa condutância). Quando a antraquinona ganhou mais elétrons (seu estado mais reduzido), é muito mais condutivo, e a equipe mapeou com precisão uma imagem 3-D para explicar como a antraquinona controlava o estado elétrico do DNA.

p Para seu próximo projeto, eles esperam estender seus estudos para dar um passo mais perto de tornar realidade os nanodispositivos de DNA.

p "Estamos particularmente entusiasmados com o fato de o DNA projetado fornecer uma boa ferramenta para examinar a cinética da reação redox, e termodinâmica, o nível de uma única molécula, "disse Tao.