Usando estruturas de DNA como andaimes, Tim Liedl, um cientista da Ludwig-Maximilians-Universitaet (LMU) em Munique, mostrou que nanopartículas de ouro precisamente posicionadas podem servir como transmissores de energia eficientes.

Desde o início do campo em 2006, laboratórios em todo o mundo têm explorado o uso de 'origami de DNA' para a montagem de nanoestruturas complexas. O método é baseado em fitas de DNA com sequências definidas que interagem via pareamento de bases localizado. “Com o auxílio de fitas curtas com sequências adequadas, podemos conectar regiões específicas de longas moléculas de DNA juntas, em vez de formar estruturas tridimensionais dobrando uma folha plana de papel de certas maneiras, "como explica o professor Tim Liedl da Faculdade de Física da LMU.

Imagem e imagem espelhada

Liedl agora usa origami de DNA para construir objetos quirais, isto é, estruturas que não podem ser sobrepostas por qualquer combinação de rotação e translação. Em vez disso, eles possuem 'lateralidade', e são imagens espelhadas um do outro. Esses pares costumam diferir em suas propriedades físicas, por exemplo, na medida em que absorvem a luz polarizada. Este efeito pode ser explorado de várias maneiras. Por exemplo, é a base para a espectroscopia de CD (o 'CD' aqui significa 'dicroísmo circular'), uma técnica que é usada para elucidar a configuração espacial geral de compostos químicos, e até proteínas inteiras.

Com vista à montagem de estruturas metálicas quirais, Liedl e seu grupo sintetizaram estruturas de origami de DNA complexas que fornecem locais de ligação precisamente posicionados para a fixação de nanopartículas de ouro esféricas e em forma de bastonete. O andaime, portanto, serve como um modelo ou molde para a colocação de nanopartículas em posições predeterminadas e em uma orientação espacial definida. "Pode-se montar um objeto quiral baseado exclusivamente no arranjo das nanopartículas de ouro, "diz Liedl

O ouro não é apenas quimicamente robusto, como um metal nobre, exibe o que é conhecido como ressonâncias de plasma de superfície. Plasmons são oscilações eletrônicas coerentes que são geradas quando a luz interage com a superfície de uma estrutura metálica. "Pode-se imaginar essas oscilações como ondas que são excitadas quando uma garrafa de água é sacudida paralelamente ou perpendicularmente ao seu longo eixo, "diz Liedl.

Nanopartículas de ouro como transmissores de energia

Oscilações excitadas em partículas de ouro espacialmente contíguas podem acoplar-se umas às outras, e os plasmons nos experimentos de Liedl se comportam como imagem e espelho, graças à sua disposição quiral no andaime de origami. "Isso é confirmado por nossas medições espectroscópicas de CD, "diz Liedl. Nos experimentos, as estruturas quirais são irradiadas com luz polarizada circularmente e o nível de absorção é medido como uma porcentagem da entrada. Isso permite que arranjos para destros e canhotos sejam diferenciados um do outro.

Em princípio, dois nanobastões de ouro devem ser suficientes para a construção do objeto quiral, pois eles podem ser arranjados na forma de um L ou de um L invertido. No entanto, os bastonetes usados ​​nos experimentos estavam relativamente distantes (em nanoescala) e os plasmons excitados em um tiveram pouco efeito sobre os gerados no outro, ou seja, os dois dificilmente acoplados um ao outro. Mas Liedl e seus colegas tinham um truque na manga. Por meio do redesenho apropriado da estrutura do origami, eles foram capazes de posicionar uma nanosfera de ouro entre o par de hastes em forma de L, que efetivamente amplificou o acoplamento. A espectroscopia de CD revelou a presença de transições de energia, confirmando assim a hipótese que a equipe havia derivado de simulações.

Liedl prevê dois cenários potenciais nos quais essas nanoestruturas poderiam encontrar aplicação prática. Eles podem ser usados ​​para detectar vírus, já que a ligação de ácidos nucléicos virais a uma partícula de ouro amplifica o sinal de CD. Além disso, transmissores plasmônicos quirais podem servir como dispositivos de comutação modelo em computadores ópticos, em que elementos ópticos substituem os transistores que são o carro-chefe dos computadores eletrônicos.