Nanorrobôs de DNA controlados instantaneamente com magnetismo

Nanorrobôs de DNA controlados instantaneamente com magnetismo

Nanorrobôs de DNA controlados instantaneamente com magnetismo
Os nanorrobôs de DNA, aqui com uma considerável licença artística, são promissores para um sem-número de aplicações. [Imagem: Ella Maru Studio/Science]
Nanotecnologia robótica
Os robôs de DNA estão entre as nanotecnologias mais promissoras, sobretudo para uso em biotecnologia e saúde.
O grande inconveniente é que eles são muito lentos, levando vários minutos para fazer cada movimento ou dar um passo rumo ao seu objetivo.
Esse problema agora foi superado com um novo sistema de controle magnético que permite que os robôs e nanomáquinas feitos de DNA movam-se de forma controlada em uma fração de segundo.
Ou seja, são dois avanços em um: o movimento é rápido e cada passo pode ser controlado individualmente, dando um novo nível de flexibilidade para essas máquinas nanoscópicas e microscópicas.
Isso pode viabilizar várias visões futurísticas da nanotecnologia, incluindo a fabricação molecular e a aplicação localizada de medicamentos no corpo humano, entre várias outras.
"Métodos de manipulação em tempo real, como nossa abordagem magnética, permitem interagir com os nanodispositivos de DNA que, por sua vez, interagem com moléculas e sistemas moleculares que podem ser acoplados a esses nanodispositivos em tempo real e com feedbackvisual direto," disse o professor Carlos Castro, da Universidade de Ohio, nos EUA.
Nanorrobôs com controle magnético
O controle magnético dos robôs de DNA é fruto da mesclagem de duas tecnologias.
A equipe do professor Castro havia usado a técnica de origami de DNApara dobrar fitas individuais de DNA e formar ferramentas microscópicas simples, como rotores e dobradiças. Eles até construíram um "cavalo de Troia" com DNA para levar drogas para células cancerígenas.
A equipe do professor Ratnasingham Sooryakumar, por sua vez, desenvolveu pinças magnéticas microscópicas para movimentar células biológicas, também com vistas a aplicações biomédicas, como a terapia genética. As pinças são feitas com grupos de partículas magnéticas que se movem em sincronia para empurrar as células para onde elas são necessárias.
Embora invisíveis a olho nu, essas partículas magnéticas são muitas vezes maiores do que as nanomáquinas de Castro. E foi aqui que a junção das duas equipes encontrou um caminho.
Nanorrobôs de DNA controlados instantaneamente com magnetismo
As peças construídas com moléculas de DNA podem ser acopladas para formar mecanismos maiores e mais complexos. [Imagem: Stephanie Lauback et al. - 10.1038/s41467-018-03601-5]
Do micromundo ao nanomundo
"Descobrimos uma maneira de tirar proveito do poder das forças magnéticas para sondar o mundo microscópico - um mundo oculto de complexidade impressionante," disse Sooryakumar. "Mas nós queríamos fazer a transição do micromundo para o nanomundo. Isso levou à colaboração com o Dr. Castro. Os desafios eram encolher milhares de vezes a funcionalidade das nossas partículas, acoplá-las a locais precisos nas partes móveis das máquinas e incorporar moléculas fluorescentes como faróis para monitorar as máquinas enquanto elas se movem."
Para isso, as partículas magnéticas foram incorporadas em minúsculas esferas de poliestireno, às quais as nanomáquinas são também acopladas, o que permitiu fazer a conexão do magnetismo com as barras, rotores e dobradiças feitos com origami de DNA.
Ajustando o campo magnético, as partículas magnéticas movimentam os nanocomponentes para a frente e para trás ou os faz girar, com os movimentos sendo executados em menos de um segundo. Por exemplo, o nanorrotor gira 360 graus em cerca de um segundo, enquanto uma nanodobradiça pôde ser fechada ou aberta em 0,4 segundo, ou mantida em um ângulo específico com uma precisão de 8 graus.

Bibliografia:

Real-time magnetic actuation of DNA nanodevices via modular integration with stiff micro-levers
Stephanie Lauback, Kara R. Mattioli, Alexander E. Marras, Maxim Armstrong, Thomas P. Rudibaugh, Ratnasingham Sooryakumar, Carlos E. Castro
Nature Communications
Vol.: volume 9, Article number: 1446
DOI: 10.1038/s41467-018-03601-5

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