Quando se trata de criar nanotecnologia, não se pode simplesmente construí-lo com as mãos. Em vez de, os pesquisadores precisam de algo nanométrico que seja capaz de se automontar. Origami de DNA é um método de criação de formas nanométricas dobrando fitas de DNA. Isso pode ser usado para fabricar nanomáquinas, sensores, e nanorrobôs para uso em campos que vão da biofísica à computação física.

Contudo, o processo de design por trás dessas estruturas requer que o designer conceba com antecedência a aparência do produto final e projete estruturas complexas peça por peça a partir de fitas simples de DNA. Este processo é extremamente demorado e limita o espaço de design possível que pode ser explorado.

Nos últimos anos, ferramentas semiautomáticas foram lançadas para auxiliar o processo de design, e essas ferramentas expandiram muito as capacidades do usuário. Contudo, não existiam ferramentas de design totalmente automatizadas para criar as estruturas de origami de DNA de várias camadas que compõem a maioria dos designs de origami de DNA usados ​​hoje.

"Existe uma maneira mais eficiente e poderosa de projetar essas estruturas, "diz Rebecca Taylor, professor assistente de engenharia mecânica. "Essa falta de capacidade automatizada para gerar origami de DNA multicamadas tem sido um grande tipo de necessidade que o campo tem."

Uma nova abordagem para o design de origami de DNA veio de uma equipe de pesquisa interdisciplinar da CMU. Tito Babatunde, um Ph.D. em engenharia mecânica. aluna, propôs uma nova forma de gerar e otimizar projetos de nanoestruturas de origami de DNA. Aconselhado por Rebecca Taylor e Jonathan Cagan, ela combinou sua experiência para lidar com o design de nanoestruturas.

"Temos uma abordagem verdadeiramente interdisciplinar aqui, "disse Cagan, professor de engenharia mecânica. "Pegamos dois campos distintos e percebemos que eles se sobrepõem e fornecem algo que é realmente único e pode aprimorar os recursos."

Cagan foi o pioneiro em uma abordagem computacional generativa chamada recozimento de formas. O recozimento de formas é usado para projetar estruturas complexas, investigando uma ampla gama de projetos antes de escolher o melhor. Essa abordagem evita que os pesquisadores percam tempo ou materiais com projetos defeituosos. Neste projeto, Babatunde está fundindo o recozimento de formas com a maneira fundamental pela qual o DNA pode ser unido e formado.

O DNA segue um conjunto de regras simples que ditam quais compostos podem formar pares. Uma vez que as regras são bem compreendidas, os pesquisadores podem tirar proveito de sua previsibilidade. Os pesquisadores começam com uma única fita de DNA e a "grampeiam" em uma forma 2D ou 3D desejada. Assim que este processo for concluído, a nanoestrutura do DNA atua como um andaime para a peça final da nanotecnologia.

Em seu jornal, Babatunde e sua equipe mostram que esse processo de geração de design funciona para uma variedade de formas. Além de usar formas clássicas de design, a equipe mostrou que seu programa funciona para o coelho de Stanford, uma forma complexa usada para mostrar a flexibilidade de seu trabalho.

Próximo, Babatunde tornará o algoritmo mais generalizável. Projetos futuros podem incluir a integração de mais restrições, como um revestimento externo ou malha. Além disso, a equipe poderia usar seu algoritmo em outras situações ou explorar diferentes tipos de algoritmos para origami de DNA. Babatunde, Contudo, está muito animado com a criação de uma peça física de nanotecnologia a partir da estrutura do DNA.

"Espero não apenas usar nossa abordagem para projetar nanoestruturas, mas também construí-las em laboratório, "Babatunde disse." É através da construção dessas estruturas inovadoras que esta tecnologia demonstrará o impacto de nanomáquinas responsivas para a entrega de drogas a sensores nanomecânicos e nanolitografia. "

O artigo foi publicado em Ciências Aplicadas no Projeto Mecânico em Nanotecnologia de DNA questão especial.