Investigadores del Nano Institute de la Universidad de Sydney han logrado un gran avance en el campo de la robótica molecular al crear nanoestructuras programables y diseñadas a medida utilizando origami de ADN.
Este enfoque innovador tiene potencial en una variedad de aplicaciones, desde sistemas de administración de fármacos específicos hasta materiales sensibles y procesamiento de señales ópticas energéticamente eficientes. El método utiliza el ‘origami de ADN’, llamado así porque utiliza el poder de plegado natural del ADN, que es el componente básico de la vida humana, para crear estructuras biológicas nuevas y útiles.
Como prueba de concepto, los investigadores crearon más de 50 objetos a nanoescala, entre ellos un ‘nano-dinosaurio’, un ‘robot danzante’ y un mini-Australia de 150 nanómetros de ancho, mil veces más pequeño que un cabello humano.
La investigación fue publicada hoy en la principal revista de robótica. Robótica científica.
La investigación, dirigida por el primer autor, el Dr. Min-Tre Lo, y la líder del equipo de investigación, la Dra. Shelly Wickham, se centra en la creación de “vóxeles” modulares de origami de ADN que se pueden ensamblar en estructuras tridimensionales complejas. (Cuando un píxel es bidimensional, un vóxel se realiza en 3D).
Estas nanoestructuras programables se pueden adaptar para funciones específicas, lo que permite la creación rápida de prototipos de diversas configuraciones. Esta flexibilidad es fundamental para desarrollar sistemas robóticos a nanoescala que puedan realizar tareas en biología sintética, nanomedicina y ciencia de materiales.
El Dr. Wickham, que ocupa un puesto conjunto en la Facultad de Ciencias con las Facultades de Química y Física, dijo: “Los resultados son un poco como hacer un mecano, un juguete de ingeniería para niños o una cuna para gatos con forma de cadena. Pero en lugar de eso, es “A partir de metal o cuerda a macroescala, utilizamos la biología a nanoescala para construir robots con un gran potencial”.
El Dr. Lu dijo: “Hemos creado una nueva clase de nanomateriales con propiedades ajustables, que permiten diversas aplicaciones, desde cambiar las propiedades ópticas en respuesta al medio ambiente y apuntar a las células cancerosas, hasta nanorobots autónomos diseñados para buscar y destruir”.
Para ensamblar los vóxeles, el equipo agrega hebras de ADN adicionales al exterior de las nanoestructuras, y las nuevas hebras actúan como sitios de unión programables.
El Dr. Lowe dijo: “Estos sitios actúan como velcro con diferentes colores, diseñados para adherirse sólo a ‘colores’ coincidentes (de hecho, secuencias de ADN complementarias)”.
Este enfoque innovador permite un control preciso sobre cómo se conectan los vóxeles entre sí, lo que permite la creación de arquitecturas personalizadas y altamente específicas, dijo.
Una de las aplicaciones más interesantes de esta tecnología es la capacidad de crear cajas robóticas a nanoescala capaces de administrar medicamentos directamente a áreas específicas del cuerpo. Utilizando origami de ADN, los investigadores pueden diseñar estos nanobots para que respondan a señales biológicas específicas, asegurando que los medicamentos se liberen sólo cuando y donde sean necesarios. Este enfoque específico puede aumentar la eficacia del tratamiento del cáncer y al mismo tiempo reducir los efectos secundarios.
Además de la administración de fármacos, los investigadores están explorando el desarrollo de nuevos materiales que puedan cambiar sus propiedades en respuesta a estímulos ambientales. Por ejemplo, estos materiales pueden diseñarse para responder a cargas elevadas o cambiar sus propiedades estructurales en función de los cambios en los niveles de temperatura o acidez (pH). Estos materiales responsivos tienen el potencial de transformar las industrias médica, informática y electrónica.
El Dr. Wickham afirmó: “Este trabajo nos permite imaginar un mundo en el que los nanobots puedan realizar una amplia gama de tareas, desde tratar el cuerpo humano hasta construir los dispositivos electrónicos del futuro”.
El equipo de investigación también está investigando métodos energéticamente eficientes para procesar señales ópticas, lo que podría conducir a tecnologías mejoradas de autenticación de imágenes. Al explotar las propiedades únicas del origami de ADN, estos sistemas pueden mejorar la velocidad y precisión del procesamiento de señales ópticas, allanando el camino para técnicas mejoradas en diagnóstico médico o seguridad.
El Dr. Lu, investigador postdoctoral en la Facultad de Química, dijo: “Nuestro trabajo demuestra el increíble potencial del origami de ADN para crear nanoestructuras versátiles y programables. La capacidad de diseñar y ensamblar estos componentes es una nueva innovación en nanotecnología. Abre el camino “.
El Dr. Wickham dijo: “Esta investigación no sólo resalta el potencial de las nanoestructuras de ADN, sino que también enfatiza la importancia de la colaboración interdisciplinaria en el avance de la ciencia. Estamos entusiasmados de ver cómo se pueden aplicar nuestros hallazgos a la atención médica, cómo se puede aplicar el material”. aplicado a los desafíos del mundo real en ciencia y energía”.
A medida que los investigadores continúan mejorando estas tecnologías, la capacidad de crear nanomáquinas adaptativas que puedan operar en entornos complejos, como el interior del cuerpo humano, se vuelve cada vez más posible.
