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Robot DNA in movimento
La sua struttura precisa e la sua capacità di legarsi ad altre molecole rendono il DNA un interessante materiale per impalcature per i ricercatori nel campo delle nanotecnologie. Gli scienziati hanno già utilizzato il DNA per costruire modelli bidimensionali, oggetti tridimensionali e semplici dispositivi che cambiano forma. Ora due team di ricercatori hanno realizzato separatamente macchine programmabili complesse utilizzando molecole di DNA.
catena di montaggio del DNA: Un'immagine al microscopio a forza atomica mostra nanoparticelle d'oro su una traccia di DNA.
I ricercatori della Columbia University, dell'Arizona State University e del Caltech hanno realizzato un dispositivo che segue un percorso programmabile su una superficie modellata con DNA. Nel frattempo, i ricercatori della New York University, guidati dal pioniere della nanoarchitettura del DNA Ned Seeman , hanno combinato più dispositivi DNA per creare una catena di montaggio. Il nano aggeggio raccoglie nanoparticelle d'oro mentre rotola lungo una superficie modellata sul DNA.
Le due macchine, descritte nell'odierna Natura journal, sono un possibile passo avanti nella creazione di nanobot a DNA in grado di assemblare minuscoli dispositivi elettrici e meccanici. I robot del DNA potrebbero anche mettere insieme molecole in nuovi modi per creare nuovi materiali, afferma Lloyd Smith , professore di chimica all'Università del Wisconsin-Madison. I robot potrebbero avere la capacità di posizionare una molecola in un modo particolare in modo che avvenga una reazione con un'altra molecola che potrebbe non avvenire se si scontrano casualmente in una soluzione, dice.
In passato, i ricercatori hanno realizzato macchine semplici come pinzette e deambulatori, anch'esse modellate a partire dal DNA. Le pinzette si aprono e si chiudono aggiungendo filamenti di DNA specifici alla soluzione. I camminatori sono molecole con filamenti penzolanti, o gambe, che si legano e si staccano da altri filamenti di DNA modellati su una superficie, muovendosi in effetti lungo la superficie.
Il nano camminatore realizzato alla Columbia University è una molecola proteica decorata con DNAzymes a tre gambe a singolo filamento, molecole di DNA sintetiche che agiscono come enzimi e catalizzano una reazione. Le gambe si legano a filamenti di DNA complementari su una superficie. Quindi catalizzano una reazione che accorcia uno dei fili superficiali, in modo che il suo attaccamento alla gamba si indebolisca. Quella gamba si lascia andare e passa al successivo filo di superficie.
Il camminatore segue una traccia di fili che i ricercatori modellano sulla superficie. Può richiedere fino a 50 passi, rispetto ai due o tre passi compiuti dai precedenti camminatori. Si ferma quando incontra una sequenza che non può essere abbreviata. Mostriamo come programmare il comportamento [del camminatore] programmando il paesaggio, dice Milan Stojanovic , un ingegnere biomedico della Columbia University che ha sviluppato il deambulatore. Ci permette di pensare di aggiungere ulteriore complessità: più di una molecola che interagisce e comandi più complicati in superficie. Quello che speriamo di fare alla fine è essere in grado di [usare i nanobot per] riparare i tessuti.
Seeman e i suoi colleghi della New York University combinano tre diversi componenti del DNA per creare una catena di montaggio. Hanno un percorso del DNA, un deambulatore e una macchina che può trasportare o trattenere un carico di una molecola d'oro. La macchina è una struttura di DNA che può essere impostata per mettere un filamento carico di nanoparticelle d'oro nel percorso del camminatore o lontano da esso. Il deambulatore ha quattro gambe e tre mani di DNA a singolo filamento che possono legarsi all'oro.
I ricercatori hanno dimostrato un sistema in cui il deambulatore passa davanti a tre macchine, ognuna delle quali trasporta un diverso tipo di particella d'oro. Ogni macchina può essere impostata per consegnare il suo carico o tenerlo, per un totale di otto modi diversi in cui può essere caricato il deambulatore, portando a otto prodotti diversi.
I progressi rappresentano il continuo successo nella creazione di nano dispositivi con funzioni sempre più complesse. [Stiamo] passando da entità individuali che fanno qualcosa di interessante a sistemi di entità che lavorano su qualcosa con un comportamento e una funzione più complessi, dice Smith.