La "Noche estrellada" de Van Gogh de origami de ADN se ha convertido en una realidad
Investigadores del Instituto de Tecnología de California propusieron una forma curiosa de usar las capacidades del ADN a nivel de una nueva tecnología prometedora, quienes crearon con su ayuda una reproducción de la famosa pintura " Noche estrellada " de Vincent Van Gogh . Lo que ve a continuación en una imagen monocromática del tamaño de una moneda de diez centavos es el resultado del plegamiento de las moléculas de ADN, acompañado de una reorientación de las moléculas luminosas en lugares estrictamente definidos: las "células" de los resonadores ópticos microscópicos. La tecnología propuesta para controlar el proceso de plegamiento del ADN, según los autores, a la larga permitirá crear biocomputadoras a nanoescala totalmente funcionales.
La tecnología de origami de ADN, que permite que una larga molécula de ADN comunique cualquier forma y propiedades predeterminadas, fue desarrollada por Paul Rothemund del Instituto de Tecnología de California hace aproximadamente 10 años. Luego, el científico logró crear a partir del anillo de la molécula de ADN del bacteriófago M13 varias formas geométricas elementales: triángulos, estrellas, rectángulos y sonrisas.Recordemos brevemente que la técnica de origami de ADN se basa en el principio de complementariedad, que describe la estructura del ADN bicatenario. Tales biomoléculas son hebras largas en las que hay cuatro tipos de "cuentas", bases nitrogenadas: guanina, adenina, citosina y timina. En la doble hélice, opuesta a la adenina, solo se puede encontrar timina, y opuesta a la guanina, solo citosina, etc.Al tener información sobre la ubicación de las bases en una molécula de ADN monocatenario, es posible seleccionar conjuntos de "clips" cortos para ello, lo que obliga a la cadena a plegarse de forma compacta en la forma deseada, por ejemplo, en una hoja plana. Como señaló Paul Rothmund, el desarrollo y la síntesis de tales "clips" lleva unas dos semanas, y el proceso de creación de origami tarda unas horas después de que los componentes se mezclan en una solución.El ADN formado de acuerdo con el "escenario" deseado puede actuar como una plataforma en la que se pueden integrar todo tipo de componentes a escala nanométrica, desde moléculas de sustancias fluorescentes y nanotubos de carbono hasta mini cápsulas con medicamentos y elementos de biocomputadoras microscópicas. Al mismo tiempo, para lograr los objetivos establecidos y crear nanodispositivos prometedores que funcionen, la presencia de una base única basada en el ADN no es suficiente.En 2009, Paul Rothmund y un equipo de especialistas de IBM Research, utilizando el método de litografía con haz de electrones, primero describieron y luego implementaron la tecnología de colocación ultraprecisa de moléculas de ADN en un orden determinado. Todos los años posteriores hasta ahora, Rotmund con colegas del Instituto de Tecnología de California bajo el liderazgo de Ashwin Gopinath, profesores del Departamento de Bioingeniería del Instituto de Tecnología de California, han perfeccionado el desarrollo y, como resultado, han sido capaces de proponer una forma de localizar con precisión las moléculas de ADN en superficies de casi cualquier forma compleja, incluyendo la superficie de un chip semiconductor. Un ejemplo de qué efecto se puede lograr con la tecnología propuesta es la reproducción en miniatura de Starry Night por Van Gogh creada por científicos.Rothmund y sus colegas utilizaron la técnica del ADN de origami para unir específicamente moléculas de fósforo a la superficie de un cristal fotónico bidimensional. El cristal en sí es una estructura ordenada que se asemeja a un panal. Y para su fabricación, los científicos utilizaron el método de grabado de la superficie utilizando un haz de electrones."Lo que hemos creado se puede comparar simplemente con atornillar" bulbos "moleculares en cartuchos microscópicos utilizando origami de ADN", explica Paul Rotmund, "en este caso, ajustando la posición relativa de las moléculas y la distancia entre ellas y las fuentes de luz, pudimos para poder cambiar el brillo de cada "bombilla" dentro de los límites requeridos. La reproducción que creamos no es más que una matriz de 65 536 píxeles con un tamaño de 256 por 256 con diferente brillo ”. Al mover el origami de ADN en una matriz con un paso de 20 nm, los investigadores pudieron obtener un patrón que se asemeja a las células de un tablero de ajedrez, con secciones de diferentes niveles de intensidad del brillo de los "bulbos" moleculares en los puntos "fríos" y "calientes".
- ( ). : ( ), . — , . Ashwin Gopinath et al. / Nature, 2016
«». Ashwin Gopinath et al. / Nature, 2016"Todos los trabajos anteriores relacionados con la creación de emisores de luz a nanoescala permitieron colocar solo unas pocas" lámparas "en funcionamiento debido a la extrema complejidad de la reproducción de los circuitos de control del dispositivo, que depende en gran medida del número y la posición de los emisores en la cavidad", dice Gopinath. La nueva tecnología le permite configurar de cero a siete ADN de origami, lo que permite controlar digitalmente el brillo de cada lámpara sin restricciones.
La ubicación de los adaptadores de origami en las cavidades. Experimentos de prueba sobre reproducción de color y Noche estrellada. Ashwin Gopinath y col. / Naturaleza, 2016El problema es, explicó el científico, que las moléculas fluorescentes después de su redistribución en el sustrato "viven" durante unos 45 segundos. Después de eso, reaccionan con oxígeno y se queman. En este proceso, comienzan a emitir luz en varios tonos de rojo, pero no en un color puro. Los resultados obtenidos inspiraron a los investigadores a buscar una solución a este problema, cuya eliminación, en su opinión, permitirá implementar las últimas tecnologías prometedoras, hasta las tecnologías utilizadas en los sistemas de computación cuántica a nanoescala. Naturaleza deorigen
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