Nanotecnologia

Nanofabricação levada ao extremo: de Mona Lisa a peças complexas

Nanofabricação levada ao extremo: de Mona Lisa a peças complexas
O quadro é configurável, permitindo mostrar qualquer desenho que se deseje. [Imagem: Qian laboratory]

Menor Mona Lisa do mundo

Nas últimas semanas, as técnicas de nanofabricação, a fabricação de estruturas medidas na faixa dos nanômetros, foram levadas ao seu limite - o que, na verdade, demonstrou que talvez não haja limites para elas.

Grigory Tikhomirov, do Instituto de Tecnologia da Califórnia, usou a já tradicional técnica do origami de DNA para construir a menor reprodução já feita do quadro Mona Lisa, de Leonardo da Vinci.

O nanoquadro mede 100 nanômetros de largura, o que significa que seria necessário colocar 10.000 deles lado a lado para preencher 1 milímetro.

O feito é importante porque, em lugar das tediosas montagens peça por peça, o que tornaria o quadro uma verdadeira obra de arte manual feita ao microscópio, Tikhomirov desenvolveu uma técnica para que as moléculas de DNA se automontem em grandes conjuntos com padronagens totalmente customizáveis - é mais ou menos como uma tela em que as moléculas podem se ajustar para mostrar qualquer imagem, uma de cada vez.

Nanofabricação levada ao extremo: de Mona Lisa a peças complexas
Como os objetos de DNA são realmente complexos, a equipe afirma que sua técnica representa uma "revolução tecnológica na nanotecnologia". [Imagem: Hendrik Dietz/TUM]

Peças complexas de DNA

Florian Praetorius, da Universidade Técnica de Munique, na Alemanha, usou a mesma técnica de origami de DNA para demonstrar não a capacidade de construir objetos menores, mas a possibilidades de fabricar estruturas grandes e complexas usando biomoléculas.

A técnica é inspirada na forma como os vírus se organizam.

Os vírus encapsulam seu material genético em uma casca formada por uma série de blocos de proteínas idênticos. A cápsula do vírus da hepatite B, por exemplo, compreende 180 subunidades idênticas, um caso típico de construção "pré-fabricada" largamente encontrada na natureza.

A tecnologia baseia-se em uma cadeia única de DNA que é anexada a uma estrutura de cadeia dupla usando sequências curtas que funcionam como grampos. "A estrutura de cadeia dupla é energeticamente estável o suficiente para que possamos forçar a cadeia única em quase qualquer formato usando homólogos adequadamente escolhidos. Desta forma, podemos projetar objetos com precisão no computador com apenas alguns nanômetros de tamanho," explicou o professor Hendrik Dietz.

Nanofabricação levada ao extremo: de Mona Lisa a peças complexas
Cada anel da nanocorrente tem poucos nanômetros de largura, o que pode representar uma forma mais versátil de se fabricar nanopartículas. [Imagem: Peter Allen/University of Chicago]

Menor corrente do mundo

Já Qiong Wu, da Universidade de Chicago, construiu uma corrente molecular, uma cadeia de pequenos anéis idênticos que se entrelaçam.

Muitas moléculas descritas como "encadeadas" são na verdade unidas por ligações covalentes fixas - e não dois anéis interligados com movimento livre. E isso faz uma grande diferença quando se trata de como a corrente se move.

"Uma haste de metal é rígida, mas uma corrente de metal feita do mesmo material é muito flexível. Mantendo a mesma composição química, mas mudando a arquitetura, você pode mudar dramaticamente o comportamento do material," explicou Wu.

Técnicas anteriores - incluindo a das máquinas moleculares, que ganhou o Nobel de Química de 2016 - só conseguiram vincular no máximo sete anéis juntos. Em vez de tentar combinar conjuntos de dois ou três argolas em uma cadeia maior, o novo método combina uma série de anéis fechados e argolas abertas. Íons metálicos capazes de fechar as argolas são adicionados, mas não fazem parte da corrente - eles são removidos no final, deixando uma corrente homogênea, composta inteiramente de anéis iguais.

Bibliografia:

Fractal assembly of micrometre-scale DNA origami arrays with arbitrary patterns
Grigory Tikhomirov, Philip Petersen, Lulu Qian
Nature
Vol.: 552, 67-71
DOI: 10.1038/nature24655

Biotechnological mass production of DNA origami
Florian Praetorius, Benjamin Kick, Karl L. Behler, Maximilian N. Honemann, Dirk Weuster-Botz, Hendrik Dietz
Nature
Vol.: 552, 84-87
DOI: 10.1038/nature24650

Poly[n]catenanes: Synthesis of molecular interlocked chains
Qiong Wu, Phillip M. Rauscher, Xiaolong Lang, Rudy J. Wojtecki, Juan J. de Pablo, Michael J. A. Hore, Stuart J. Rowan
Science
Vol.: eaap7675
DOI: 10.1126/science.aap7675




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