Chips de DNA podem dar nova vida aos cérebros eletrônicos

Redação do Site Inovação Tecnológica - 19/05/2010

Usando uma fonte de luz externa para ativar seletivamente as moléculas fotossensíveis é possível criar chaves e portas lógicas, os elementos básicos dos chips. A pesquisa mereceu a capa da revista Small.
[Imagem: Small]

Automontagem

Em um único dia, um pesquisador solitário em um laboratório é capaz de fabricar circuitos lógicos simples em quantidade superior a toda a produção mundial de chips de silício em um mês.

Isto é o que garante o professor Chris Dwyer, da Universidade de Duke, nos Estados Unidos, que está utilizando porções de moléculas de DNA para criar minúsculas estruturas capazes de executar operações lógicas.

Com a vantagem de que esses chips biológicos podem ser fabricados aos bilhões, de forma totalmente homogênea e sem precisar de máquinas e nem de salas ultralimpas - eles se montam sozinhos.

Processadores de DNA

O engenheiro acredita que a próxima geração desses circuitos lógicos, que ainda estão em desenvolvimento, poderá equipar computadores que poderão ser produzidos a baixo custo em quantidades quase ilimitadas.

Parece que outros cientistas concordam com ele, já que a pesquisa mereceu a capa do último exemplar da revista Small, especializada em nanotecnologia.

Para isso, será necessário substituir os tradicionais transistores de silício por blocos de moléculas de DNA, que se juntam sozinhas para formar estruturas complexas, parecidas com os biscoitos waffle.

Para tornar essas bioestruturas capazes de fazer cálculos e construir um processador de DNA é necessário adicionar diferentes tipos de moléculas sensíveis à luz, conhecidas como cromóforos.

Usando uma fonte de luz externa para ativar seletivamente essas moléculas, é possível criar chaves e portas lógicas, os elementos básicos dos chips.

Processamento molecular

À esquerda, um único "chip de DNA", que usa as moléculas fotossensíveis localizadas nas suas saliências para fazer cálculos. À direita, milhares dos mesmos chips em solução.
[Imagem: Chris Dwyer]

"Quando a luz incide sobre os cromóforos, eles a absorvem, excitando os elétrons," explica Dwyer. "A energia liberada passa para um tipo diferente de cromóforo próximo, que absorve a energia e emite luz em um comprimento de onda diferente. Essa diferença de frequência significa que a luz que sai pode ser facilmente diferenciada da luz de entrada, usando um detector."

Em vez dos circuitos convencionais, acionados por corrente elétrica, pode-se utilizar a luz para estimular respostas rápidas dessas chaves de DNA, que poderão alternar entre 0s e 1s muito mais rapidamente do que os circuitos eletrônicos.

"Esta é a primeira demonstração desse capacidade de detecção e processamento ativo e rápido em nível molecular," assegura Dwyer. "A tecnologia convencional chegou aos seus limites físicos. A capacidade de produção virtualmente ilimitada e com baixo custo desses circuitos minúsculos parece-me ser o próximo passo lógico."

Quebra-cabeças

O DNA é uma molécula bem conhecida pelos cientistas, constituída de pares de bases de nucleotídeos complementares que têm uma afinidade entre si. Trechos customizados de DNA podem ser sintetizados a custo muito baixo, colocando os pares em qualquer ordem.

Em seus experimentos, os pesquisadores se aproveitaram da capacidade natural do DNA para se ligar em áreas correspondentes e específicas de outros trechos de DNA, usando esse mecanismo para construir os primórdios de um computador de DNA.

"É como pegar as peças de um quebra-cabeça, jogá-los em uma caixa e, conforme você sacode a caixa, as peças gradualmente encontram os seus vizinhos para formar o quebra-cabeça," disse Dwyer. "O que fizemos foi pegar bilhões dessas peças e juntá-las para formar bilhões de cópias do mesmo quebra-cabeça."

Detectar biomarcadores

Além de sua utilização na computação, Dwyer afirma que estas nanoestruturas são basicamente sensores, o que abre a possibilidade de várias aplicações biomédicas.

Minúsculas nanoestruturas poderiam, por exemplo, ser construídas para responder a diferentes proteínas específicas, indicadoras de doenças. Os sensores poderiam ser usados para detectar esses biomarcadores presentes em uma única gota de sangue.

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