Os pesquisadores da UNSW superaram um grande desafio de design no caminho para controlar as dimensões dos chamados nanorrobôs de DNA - estruturas que se montam a partir de componentes de DNA.

Os nanorrobôs de automontagem podem soar como ficção científica, mas novas pesquisas em nanotecnologia de DNA os aproximaram da realidade. Casos de uso de nanobôs futuros não ocorrerão apenas em pequena escala, mas incluem aplicações maiores na área médica e de saúde, como cicatrização de feridas e desobstrução de artérias.

Pesquisadores da UNSW, com colegas no Reino Unido, publicaram uma nova teoria de design em ACS Nano sobre como controlar o comprimento dos nanorrobôs de automontagem na ausência de um molde, ou modelo.

"Tradicionalmente, construímos estruturas montando manualmente os componentes no produto final desejado. Isso funciona muito bem e facilmente se as peças forem grandes, mas conforme você vai cada vez menor, fica mais difícil fazer isso, "diz o autor principal Dr. Lawrence Lee da UNSW Medicine's Single Molecule Science.

Os pesquisadores médicos já são capazes de construir robôs em nanoescala que podem ser programados para fazer tarefas muito pequenas, como posicionar componentes elétricos minúsculos ou fornecer medicamentos às células cancerosas.

Na UNSW, os pesquisadores usam moléculas biológicas - como o DNA - para construir esses nanorrobôs. Em um processo chamado automontagem molecular, minúsculos componentes individuais constroem-se em estruturas maiores.

O desafio de usar a automontagem para construir é descobrir como programar os blocos de construção para construir a estrutura desejada, e fazer com que parem quando a estrutura for longa ou alta o suficiente.

Para este projeto, os pesquisadores da UNSW implementaram seu projeto sintetizando subunidades de DNA, chamado PolyBricks. Como acontece em sistemas naturais, cada um dos blocos de construção é codificado com os planos mestre para se automontar em estruturas predefinidas de comprimento definido.

O Dr. Lee compara os PolyBricks aos microbots do filme de ficção científica Big Hero Six, onde microbots se auto-organizam em uma infinidade de diferentes formações.

"No filme, o robô definitivo é um monte de subunidades idênticas que podem ser instruídas para se automontar em qualquer forma global desejada, "diz o Dr. Lee.

Os autores usaram um princípio de projeto conhecido como acumulação de deformação para controlar as dimensões de suas estruturas construídas.

"A cada bloco que adicionamos, a energia de deformação se acumula entre os PolyBricks, até que, no final das contas, a energia seja grande demais para que mais blocos possam se prender. Este é o ponto em que as subunidades vão parar de se juntar, "Dr. Lee diz.

Para controlar o comprimento da estrutura final - ou seja, quantos PolyBricks são unidos - a equipe de pesquisa modificou a sequência em seu projeto de DNA para regular a quantidade de cepa adicionada a cada novo bloco.

"Nossa teoria pode ajudar os pesquisadores a projetar outras maneiras de usar o acúmulo de tensão para controlar as dimensões globais das automontagens abertas, "Dr. Lee diz.

Os autores dizem que esse mecanismo pode ser usado para codificar formas mais complexas usando unidades de automontagem.

"É esse tipo de pesquisa fundamental sobre como organizamos a matéria em nanoescala que nos levará à próxima geração de nanomateriais, nanomedicinas, e nanoeletrônica, "diz Ph.D. graduado e autor principal, Dr. Jonathan Berengut.