A “Noite Estrelada” de Van Gogh a partir de origami de DNA se tornou realidade
Uma maneira interessante de usar as capacidades do DNA no nível de uma nova tecnologia promissora foi proposta por pesquisadores do Instituto de Tecnologia da Califórnia, que criaram com sua ajuda uma reprodução da famosa pintura " Noite Estrelada ", de Vincent Van Gogh . O que você vê abaixo em uma imagem monocromática do tamanho de uma moeda de dez centavos é o resultado do dobramento de moléculas de DNA, acompanhado por uma reorientação das moléculas luminosas em locais estritamente definidos - as "células" dos ressonadores ópticos microscópicos. A tecnologia proposta para controlar o processo de dobragem do DNA, segundo os autores, a longo prazo permitirá a criação de biocomputadores em nanoescala totalmente funcionais.
A tecnologia de origami de DNA, que permite que uma longa molécula de DNA comunique qualquer forma e propriedades predeterminadas, foi desenvolvida por Paul Rothemund do Instituto de Tecnologia da Califórnia há cerca de 10 anos. Então, o cientista conseguiu criar a partir da molécula de DNA do anel do bacteriófago M13 várias formas geométricas elementares - triângulos, estrelas, retângulos e sorrisos.Lembremos brevemente que a técnica de origami de DNA é baseada no princípio da complementaridade, que descreve a estrutura do DNA de fita dupla. Essas biomoléculas são longas cadeias nas quais existem quatro tipos de “esferas”, bases nitrogenadas - guanina, adenina, citosina e timina. Na dupla hélice, oposta à adenina, apenas a timina pode ser localizada, e oposta à guanina, apenas citosina, etc.Tendo informações sobre a localização das bases em uma molécula de DNA de fita simples, é possível selecionar conjuntos de "clipes" curtos para ela, forçando a cadeia a dobrar-se de forma compacta na forma desejada, por exemplo, em uma folha plana. Conforme observado por Paul Rotmund, o desenvolvimento e a síntese desses "clipes" levam cerca de duas semanas, e o processo de criação de origami leva várias horas depois que os componentes são misturados em uma solução.O DNA formado de acordo com o "cenário" desejado pode atuar como uma plataforma na qual todos os tipos de componentes em escala nanométrica podem ser integrados, de moléculas de substâncias fluorescentes e nanotubos de carbono a minicápsulas com medicamentos e elementos de biocomputadores microscópicos. Ao mesmo tempo, para atingir os objetivos estabelecidos e criar nanodispositivos viáveis e promissores, a presença de uma única base baseada no DNA não é suficiente.Em 2009, Paul Rothmund e uma equipe de especialistas da IBM Research, usando o método da litografia por feixe de elétrons, descreveram primeiro e depois implementaram a tecnologia de colocação ultraprecisa de moléculas de DNA em uma determinada ordem. Todos os anos subsequentes até agora, Rotmund com colegas do Instituto de Tecnologia da Califórnia, sob a liderança de Ashwin Gopinath, professores do Departamento de Bioengenharia do Instituto de Tecnologia da Califórnia, aperfeiçoaram o desenvolvimento e, como resultado, foram capazes de propor uma maneira de localizar com precisão as moléculas de DNA em superfícies de praticamente qualquer forma complexa, incluindo a superfície de um chip semicondutor. Um exemplo de que efeito pode ser alcançado usando a tecnologia proposta é a reprodução em miniatura de Starry Night por Van Gogh criada por cientistas.Rothmund e seus colegas usaram a técnica do DNA de origami para anexar especificamente moléculas de fósforo à superfície de um cristal fotônico bidimensional. O próprio cristal é uma estrutura ordenada semelhante a um favo de mel. E para a sua fabricação, os cientistas usaram o método de gravar a superfície usando um feixe de elétrons.“O que criamos de maneira simplificada pode ser comparado a aparafusar“ bulbos ”moleculares em cartuchos microscópicos usando origami de DNA”, explica Paul Rotmund, “neste caso, ajustando a posição relativa das moléculas e a distância entre elas e as fontes de luz, conseguimos para poder alterar o brilho de cada "lâmpada" dentro dos limites exigidos. A reprodução que criamos nada mais é do que uma matriz de 65 536 pixels com um tamanho de 256 por 256 com brilho diferente ”. Ao mover o origami do DNA em uma matriz com um passo de 20 nm, os pesquisadores conseguiram obter um padrão semelhante às células de um tabuleiro de xadrez, com seções de diferentes níveis de intensidade do brilho das "lâmpadas" moleculares nos pontos "frios" e "quentes".
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«». Ashwin Gopinath et al. / Nature, 2016“Todo o trabalho anterior relacionado à criação de emissores de luz em nanoescala permitiu que apenas algumas“ lâmpadas ”funcionais fossem colocadas devido à extrema complexidade de reproduzir o circuito de controle do dispositivo, o que depende em grande parte do número e posição dos emissores na cavidade”, diz Gopinath. A nova tecnologia permite definir de zero a sete DNA de origami, o que possibilita o controle digital do brilho de cada lâmpada sem restrições.
A localização dos adaptadores de origami nas cavidades. Experimentos de teste em reprodução de cores e Noite Estrelada. Ashwin Gopinath et al. / Natureza, 2016O problema é, explicou o cientista, que as moléculas fluorescentes após sua redistribuição no substrato "vivem" por cerca de 45 segundos. Depois disso, eles reagem com oxigênio e queimam. Nesse processo, eles começam a emitir luz em vários tons de vermelho, mas não em uma cor pura. Os resultados obtidos inspiraram os pesquisadores a procurar uma solução para esse problema, cuja eliminação, em sua opinião, possibilitará a implementação das mais recentes tecnologias promissoras, até as utilizadas em sistemas de computação quântica em nanoescala. Natureza daFonte
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