As máquinas moleculares programáveis estão cada vez mais próximas
Desenvolvido um interruptor de ADN robusto e controlável eletricamente
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O desenvolvimento de máquinas moleculares programáveis está cada vez mais próximo. Investigadores da Universidade Técnica de Munique (TUM) desenvolveram agora um interruptor de ADN extremamente fiável e estável. Este pode ser controlado eletricamente e utilizado para regular funções moleculares. O interruptor à escala nanométrica manteve-se funcional ao longo de várias centenas de milhares de ciclos de comutação.
O interruptor baseia-se no origami de ADN, em que as cadeias de ADN são dobradas em componentes à escala nanométrica, definidos com precisão. Utilizando esta técnica, a equipa criou um interruptor de ADN com duas posições estáveis. Basta um breve impulso elétrico para deslocar a estrutura de uma posição para a outra em milésimos de segundo. Depois disso, permanece na sua nova posição sem qualquer aporte adicional de energia.
Este é um passo importante para o desenvolvimento de máquinas moleculares. Tais sistemas não só têm de ser comutados de forma controlada, como também têm de funcionar de forma fiável durante períodos prolongados. É exatamente isso que o novo interruptor demonstra: nas experiências, os dispositivos individuais mantiveram-se estáveis durante horas, resistindo a mais de 200 000 ciclos de comutação e, numa configuração adicional, continuando a apresentar um comportamento de comutação robusto mesmo após cerca de um milhão de atuações.
Duas aplicações potenciais já demonstradas
«Com o nosso projeto, conseguimos demonstrar que um interruptor baseado no ADN não só pode ser controlado de forma rápida e precisa, como também tem uma durabilidade excecionalmente longa», afirma o Prof. Friedrich Simmel, professor de Física de Sistemas Biológicos Sintéticos na Faculdade de Ciências Naturais da TUM. «Isto torna mais realista a utilização de componentes baseados no ADN como elementos funcionais de futuras máquinas moleculares.»
A equipa de investigação já testou duas possíveis aplicações. Numa configuração experimental, o interruptor foi acoplado a nanobastões de ouro. Desta forma, foi possível ativar e desativar um sinal ótico dependendo da posição do interruptor. Numa segunda experiência, a equipa utilizou o interruptor para expor ou proteger alternadamente um local de ligação para outras cadeias de ADN. Isto permitiu controlar a velocidade deste processo de ligação.
O estudo vai, assim, além da simples introdução de um único novo componente à escala nanométrica. Proporciona também uma base para investigar sistematicamente a durabilidade, o desgaste e os potenciais modos de falha dos interruptores moleculares. O primeiro autor, Florian Rothscher, afirma: «No futuro, estes sistemas de ADN controláveis eletricamente poderão ser de interesse para o processamento de informação molecular, para nanodispositivos óticos e para o controlo direcionado de reações químicas.»
As experiências foram realizadas em condições laboratoriais controladas e em configurações de medição especializadas. Os resultados mostram que o conceito funciona de forma fiável nestas condições. No entanto, serão necessárias novas etapas de desenvolvimento antes de se tornarem viáveis potenciais aplicações técnicas fora desses ambientes laboratoriais.
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