Pesquisadores do Nano Institute da Universidade de Sydney fizeram um avanço significativo no campo da robótica molecular ao desenvolver nanoestruturas programáveis e personalizadas usando origami de DNA.
Esta abordagem inovadora tem potencial em uma variedade de aplicações, desde sistemas direcionados de distribuição de medicamentos até materiais responsivos e processamento de sinais ópticos com eficiência energética. O método utiliza o “origami de DNA”, assim chamado porque utiliza o poder pure de dobramento do DNA, os blocos de construção da vida humana, para criar estruturas biológicas novas e úteis.
Como prova de conceito, os pesquisadores criaram mais de 50 objetos em nanoescala, incluindo um ‘nanodinossauro’, um ‘robô dançante’ e uma mini-Austrália com 150 nanômetros de largura, mil vezes mais estreita que um fio de cabelo humano.
A pesquisa é publicada hoje na importante revista de robótica Robótica Científica.
A pesquisa, liderada pelo primeiro autor, Dr. Minh Tri Luu, e pelo líder da equipe de pesquisa, Dr. Shelley Wickham, concentra-se na criação de “voxels” modulares de origami de DNA que podem ser montados em estruturas tridimensionais complexas. (Onde um pixel é bidimensional, um voxel é realizado em 3D.)
Essas nanoestruturas programáveis podem ser adaptadas para funções específicas, permitindo a prototipagem rápida de diversas configurações. Esta flexibilidade é essential para o desenvolvimento de sistemas robóticos em nanoescala que possam realizar tarefas em biologia sintética, nanomedicina e ciência dos materiais.
Dr Wickham, que ocupa uma posição conjunta com as Escolas de Química e Física da Faculdade de Ciências, disse:”Os resultados são um pouco como usar o Meccano, o brinquedo de engenharia infantil, ou construir um berço de gato em forma de corrente. Mas em vez de metallic ou corda em macroescala, usamos biologia em nanoescala para construir robôs com enorme potencial.”
Dr Luu disse: “Criamos uma nova classe de nanomateriais com propriedades ajustáveis, permitindo diversas aplicações – desde materiais adaptativos que alteram as propriedades ópticas em resposta ao ambiente até nanorobôs autônomos projetados para procurar e destruir células cancerígenas.”
Para montar os voxels, a equipe incorporou fitas adicionais de DNA no exterior das nanoestruturas, com as novas fitas atuando como locais de ligação programáveis.
Dr Luu disse: “Esses websites agem como velcro com cores diferentes – projetados para que apenas fios com ‘cores’ correspondentes (na verdade, sequências complementares de DNA) possam se conectar”.
Ele disse que esta abordagem inovadora permite um controle preciso sobre como os voxels se ligam uns aos outros, permitindo a criação de arquiteturas personalizáveis e altamente específicas.
Uma das aplicações mais interessantes desta tecnologia é o seu potencial para criar caixas robóticas em nanoescala capazes de distribuir medicamentos diretamente em áreas específicas do corpo. Ao usar o origami de DNA, os pesquisadores podem projetar esses nanorrobôs para responder a sinais biológicos específicos, garantindo que os medicamentos sejam liberados apenas quando e onde forem necessários. Esta abordagem direcionada poderia aumentar a eficácia dos tratamentos contra o câncer, minimizando ao mesmo tempo os efeitos colaterais.
Além da entrega de medicamentos, os pesquisadores estão explorando o desenvolvimento de novos materiais que possam alterar propriedades em resposta a estímulos ambientais. Por exemplo, esses materiais poderiam ser projetados para responder a cargas mais altas ou alterar suas características estruturais com base em mudanças na temperatura ou nos níveis de acidez (pH). Esses materiais responsivos têm o potencial de transformar as indústrias médica, de computação e eletrônica.
Dr Wickham disse: “Este trabalho nos permite imaginar um mundo onde os nanorrobôs podem trabalhar em uma enorme variedade de tarefas, desde o tratamento do corpo humano até a construção de dispositivos eletrônicos futuristas”.
A equipe de pesquisa também está investigando métodos energeticamente eficientes para processar sinais ópticos, o que poderia levar a tecnologias aprimoradas de verificação de imagem. Ao aproveitar as propriedades únicas do origami de DNA, esses sistemas poderiam melhorar a velocidade e a precisão do processamento de sinais ópticos, abrindo caminho para técnicas aprimoradas em diagnóstico médico ou segurança.
Dr. Luu, pesquisador de pós-doutorado na Escola de Química, disse:”Nosso trabalho demonstra o incrível potencial do origami de DNA para criar nanoestruturas versáteis e programáveis. A capacidade de projetar e montar esses componentes abre novos caminhos para inovação em nanotecnologia.”
Dr Wickham disse:”Esta pesquisa não apenas destaca as capacidades das nanoestruturas de DNA, mas também enfatiza a importância da colaboração interdisciplinar no avanço da ciência. Estamos entusiasmados em ver como nossas descobertas podem ser aplicadas aos desafios do mundo actual em saúde, ciência de materiais e energia .”
À medida que os investigadores continuam a refinar estas tecnologias, o potencial para a criação de nanomáquinas adaptativas que possam operar em ambientes complexos, como dentro do corpo humano, torna-se cada vez mais viável.
