p Engenheiros biomédicos construíram máquinas simples de DNA, consistindo em matrizes cujas unidades alternam reversivelmente entre duas formas diferentes. p Os inventores dos arrays dizem que eles poderiam ser usados ​​para fazer sensores ou amplificadores nanotecnológicos. Potencialmente, eles podem ser combinados para formar portas lógicas, as partes de um computador molecular.

p As propriedades dos arrays estão programadas para publicação online por Ciência .

p As máquinas de DNA podem retransmitir bits discretos de informação através do espaço ou amplificar um sinal, diz o autor sênior Yonggang Ke, PhD, professor assistente do Departamento de Engenharia Biomédica Wallace H. Coulter da Georgia Tech and Emory.

p "No campo da computação baseada em DNA, o DNA contém a informação, mas as moléculas estão flutuando em solução, "Ke diz." O que há de novo aqui é que estamos ligando as peças em uma máquina física. "

p De forma similar, vários laboratórios já fizeram máquinas nanotecnológicas, como pinças e andadores de DNA. Ke diz que o trabalho de sua equipe com matrizes de DNA lança luz sobre como construir estruturas mais complexas, comportamentos dinâmicos.

p As estruturas dos arrays parecem portões de segurança retráteis no estilo acordeão. Estender ou contrair uma unidade empurra as unidades próximas para mudar de forma também, funcionando como uma cascata de dominó cujas telhas estão conectadas.

p As unidades dos arranjos obtêm sua estabilidade a partir da energia obtida quando as duplas hélices do DNA se acumulam. Para ser estável, os quatro segmentos das unidades podem se alinhar como pares lado a lado em duas orientações diferentes. Ao deixar de fora uma fita do DNA na borda de uma matriz, os engenheiros criam um gatilho externo. Quando essa fita é adicionada, ele pressiona a unidade de borda para mudar de forma (veja a ilustração).

p Para visualizar as matrizes de DNA, os engenheiros usaram microscopia de força atômica. Eles construíram matrizes retangulares 11x4 e 11x7, adicionaram fios de gatilho e puderam observar a propagação da cascata da unidade de canto para o resto da matriz.

p As cascatas dos arrays podem ser interrompidas ou retomadas em locais selecionados, projetando pontos de interrupção nos arrays. As conversões de forma das unidades são moduladas por temperatura ou desnaturantes químicos.

p Para referência, os arranjos retangulares têm cerca de 50 nanômetros de largura e algumas centenas de nanômetros de comprimento - ligeiramente menores do que um vírus HIV ou influenza.

p Para construir as estruturas de matriz de DNA, os engenheiros usaram origami (dobrando um longo fio de "andaime" com centenas de fios "básicos") e abordagens de tijolos modulares. Ambos os tipos de matrizes se auto-montam por meio de fitas de DNA, encontrando suas fitas complementares em solução. A abordagem do origami levou a estruturas mais estáveis ​​em condições de temperatura elevada ou desnaturante.

p No Ciência papel, os engenheiros mostraram que podiam construir retângulos e tubos de unidades de array. Eles também incluem um cubóide que tem três conformações básicas, mais do que as unidades de matriz bidimensional com duas conformações. Ke diz que sua equipe está trabalhando em projetos maiores, máquinas mais complexas com formas tridimensionais, que pode ser feito usando os mesmos princípios básicos de design.