p Enquanto observava a produção de membranas porosas usadas para classificação e sequenciamento de DNA, Pesquisadores da Universidade de Illinois se perguntaram como pequenos defeitos semelhantes a degraus formados durante a fabricação poderiam ser usados ​​para melhorar o transporte de moléculas. Eles descobriram que os defeitos - formados por camadas sobrepostas de membrana - fazem uma grande diferença em como as moléculas se movem ao longo da superfície da membrana. Em vez de tentar consertar essas falhas, a equipe decidiu usá-los para ajudar a direcionar as moléculas para os poros da membrana. p Suas descobertas são publicadas no jornal Nature Nanotechnology .

p Membranas nanopore geraram interesse na pesquisa biomédica porque ajudam os pesquisadores a investigar moléculas individuais - átomo por átomo - puxando-as através dos poros para caracterização física e química. Essa tecnologia pode levar a dispositivos que podem sequenciar DNA rapidamente, RNA ou proteínas para medicina personalizada.

p Em 2014, O professor de física da Universidade de Illinois, Aleksei Aksimentiev, e o estudante de graduação Manish Shankla, demonstraram uma membrana de grafeno que controlava o movimento de uma molécula através de um nanopore por meio de carga elétrica. Eles descobriram que, uma vez que as moléculas estão na superfície da membrana, é muito difícil fazê-los entrar nos poros da membrana porque as moléculas gostam de aderir à superfície.

p Durante um ano sabático na Delft University of Technology, na Holanda, Aksimentiev descobriu que o DNA tende a se acumular e grudar nas bordas dos defeitos formados por fabricação que ocorrem como etapas lineares que se estendem pela superfície da membrana. O objetivo da equipe de Illinois era encontrar uma maneira de usar essas falhas para direcionar as moléculas presas aos nanoporos, como um princípio que também pode ser aplicado à entrega, classificação e análise de biomoléculas.

p Para refinar e confirmar suas observações, os pesquisadores usaram o supercomputador Blue Waters no National Center for Supercomputing Applications em Illinois e o supercomputador XSEDE para modelar os cenários de movimento do sistema e molécula em nível atômico.

p "As simulações de dinâmica molecular nos permitem observar o que está acontecendo enquanto medimos simultaneamente quanta força é necessária para fazer a molécula passar por uma etapa, "Disse Aksimentiev." Ficamos surpresos ao descobrir que é preciso menos força para mover uma molécula um degrau abaixo do que para cima. Embora possa parecer intuitivo que a gravidade tornaria mais fácil descer, não é o caso aqui porque a gravidade é insignificante em nanoescala, e a força necessária para subir ou descer deve ser a mesma. "

p Aksimentiev disse que os membros da equipe pensaram originalmente que poderiam usar padrões de defeitos concêntricos que se formam ao redor dos poros para forçar as moléculas para baixo, mas suas simulações mostraram as moléculas se reunindo ao longo das bordas dos degraus. Foi então que eles perceberam:um defeito com bordas que espiralam em um poro, combinado com uma força direcional aplicada, não daria à molécula outra opção a não ser entrar no poro - uma espécie de ralo.

p "Por aqui, podemos soltar moléculas em qualquer lugar da membrana coberta por essas estruturas espirais e, em seguida, puxar as moléculas para um poro, " ele disse.

p Os pesquisadores ainda não produziram uma membrana com defeitos espirais em laboratório, mas essa tarefa pode ser mais fácil do que tentar livrar uma membrana de grafeno dos atuais defeitos da etapa de imobilização da molécula, eles disseram.

p "Quando fabricado em escala, a captura guiada por defeito pode aumentar potencialmente a taxa de transferência de captura de DNA em várias ordens de magnitude, em comparação com a tecnologia atual, "Shankla disse.

p "Após um longo processo de desenvolvimento, estamos entusiasmados em ver este princípio usado em uma variedade de outros materiais e aplicações, como entrega de moléculas individuais a câmaras de reação para experimentos, "disseram os pesquisadores.