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Robots de ADN en movimiento
Su estructura precisa y su capacidad para unirse con otras moléculas hacen del ADN un material de andamiaje atractivo para los investigadores de nanotecnología. Los científicos ya han utilizado el ADN para construir patrones bidimensionales, objetos tridimensionales y dispositivos simples que cambian de forma. Ahora, dos equipos de investigadores han creado máquinas programables complejas por separado utilizando moléculas de ADN.
Línea de montaje de ADN: Una imagen de microscopio de fuerza atómica muestra nanopartículas de oro en una pista de ADN.
Investigadores de la Universidad de Columbia, la Universidad Estatal de Arizona y Caltech han creado un dispositivo que sigue un camino programable en una superficie con patrón de ADN. Mientras tanto, investigadores de la Universidad de Nueva York, liderados por el pionero de la nanoarquitectura de ADN Ned Seeman , han combinado varios dispositivos de ADN para hacer una línea de montaje. El nano artilugio recoge nanopartículas de oro mientras cae a lo largo de una superficie con patrón de ADN.
Las dos máquinas, descritas en el Naturaleza journal, son un posible paso adelante en la fabricación de nanobots de ADN que podrían ensamblar pequeños dispositivos eléctricos y mecánicos. Los robots de ADN también podrían juntar moléculas de nuevas formas para fabricar nuevos materiales, dice Lloyd Smith , profesor de química en la Universidad de Wisconsin-Madison. Los robots pueden tener la capacidad de posicionar una molécula de una manera particular para que ocurra una reacción con otra molécula que podría no ocurrir si chocan aleatoriamente en la solución, dice.
En el pasado, los investigadores fabricaron máquinas simples como pinzas y andadores que también se fabricaron a partir de ADN. Las pinzas se abren y cierran agregando hebras de ADN específicas a la solución. Los caminantes son moléculas con hebras colgantes, o patas, que se unen y se desprenden de otras hebras de ADN modeladas en una superficie, moviéndose de hecho a lo largo de la superficie.
El nano caminante fabricado en la Universidad de Columbia es una molécula de proteína decorada con ADNzimas monocatenarias de tres patas, moléculas de ADN sintético que actúan como enzimas y catalizan una reacción. Las patas se unen a hebras de ADN complementarias en una superficie. Luego catalizan una reacción que acorta una de las hebras de la superficie, de modo que su unión a la pierna se debilita. Esa pierna se suelta y pasa a la siguiente hebra de superficie.
El caminante sigue un rastro de hebras que los investigadores modelan en la superficie. Puede tomar hasta 50 pasos, en comparación con los dos o tres pasos que dieron los caminantes anteriores. Se detiene cuando encuentra una secuencia que no se puede acortar. Mostramos cómo programar el comportamiento [del caminante] programando el paisaje, dice Milán Stojanovic , ingeniero biomédico de la Universidad de Columbia que desarrolló el andador. Nos permite pensar en agregar más complejidad: más de una molécula interactuando y comandos más complicados en la superficie. Lo que esperamos hacer eventualmente es poder [usar nanobots para] reparar tejidos.
Seeman y sus colegas de la Universidad de Nueva York combinan tres componentes de ADN diferentes para crear una línea de montaje. Tienen una ruta de ADN, un andador y una máquina que puede entregar o retener una carga de una molécula de oro. La máquina es una estructura de ADN que se puede configurar para poner una hebra cargada de nanopartículas de oro en el camino del caminante o lejos de él. El caminante tiene cuatro patas y tres manos de ADN de una sola hebra que pueden unirse al oro.
Los investigadores demostraron un sistema en el que el caminante pasa por tres máquinas, cada una con un tipo diferente de partícula de oro. Cada máquina puede configurarse para entregar su carga o conservarla, lo que da un total de ocho formas diferentes en las que se puede cargar el andador, lo que da lugar a ocho productos diferentes.
Los avances representan un éxito continuo en la creación de nanodispositivos con funciones cada vez más complejas. [Estamos] pasando de entidades individuales que hacen algo interesante a sistemas de entidades que trabajan en algo con un comportamiento y una función más complejos, dice Smith.