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Los científicos crean brazos robóticos de ADN controlados a distancia que son ultrarrápidos


Investigadores alemanes han desarrollado un brazo nanorobótico de ADN impulsado por campos eléctricos que es cientos de veces más rápido que las iteraciones anteriores. Los científicos de la Universidad Técnica de Múnich (TUM) describen su investigación en la revista académica Science, diciendo que "el cambio preciso, controlado por computadora, del brazo entre posiciones arbitrarias en la plataforma se puede lograr en milisegundos".

"En comparación con otros 'sistemas robóticos' o líneas de montaje previamente demostrados, el movimiento y la colocación de componentes eléctricamente es mucho más rápido".

Se impidió que las máquinas moleculares de ADN anteriores se movieran más rápido debido a su dependencia de las señales moleculares del ADN. Estos primeros caminantes de ADN utilizaron una variedad de manipulaciones moleculares de ADN para operar, que incluyen: 'hibridación de ADN con "cadenas de combustible" de ADN agregadas externamente, la acción de enzimas que cortan el ADN, un cambio en las condiciones del tampón (como los niveles de pH) o el uso de interruptores fotográficos químicos, como el azobenceno, que pueden recoger luz para desencadenar reacciones '.

Según Friedrich Simmel, profesor de TUM y coautor de la investigación, estos caminantes que se basan en señales moleculares eran muy lentos. Por lo general, trabaja en escalas de tiempo que van desde varias horas hasta varios días. “En comparación con otros 'sistemas robóticos' o líneas de montaje previamente demostrados, el movimiento y posicionamiento de componentes eléctricamente es mucho más rápido”, dijo Simmel. "Estimamos que es aproximadamente 100.000 veces más rápido que los caminantes de ADN típicos".

El ADN plegado proporciona una base rígida

Simmel y su equipo comenzaron su viaje hacia los caminantes de ADN más rápidos, con una técnica de larga data para el autoensamblaje molecular, el maravillosamente llamado "origami de ADN". Esta técnica se ha utilizado ampliamente en la industria de los semiconductores para crear chips diminutos. El origami de ADN utiliza hebras de ADN que se han doblado en estructuras muy parecidas a una escultura de origami intrincada.

Los investigadores de TUM utilizaron esta técnica para crear una base rígida de ADN con un brazo largo conectado, todo hecho de moléculas de ADN. El brazo está unido a la placa con una articulación flexible. Luego, esta estructura se coloca sobre una piscina de agua en la que los científicos crean campos eléctricos. El ADN tiene carga negativa y, por lo tanto, puede manipularse mediante campos eléctricos. Los científicos podrían controlar la dirección del ADN utilizando el campo eléctrico y, al hacerlo, introducir movimiento en el brazo del ADN. Podemos crear 'sitios de acoplamiento' en la placa base ”, dijo Simmel. “Podemos, por tanto, utilizar los campos eléctricos para mover el brazo de una posición definida en la placa a otra. También podemos apagar el campo después de colocar el brazo en un sitio de acoplamiento particular, donde permanece si el sitio de unión es lo suficientemente fuerte ". El cambio de campo eléctrico es suficiente para provocar movimiento en el brazo por lo que no es necesario agregar otro combustible externo. “La manipulación eléctrica del ADN es muy rápida, y los campos eléctricos incluso se pueden usar para reducir la estabilidad de las interacciones de acoplamiento del ADN y así acelerar la separación del brazo de la placa”, agregó Simmel.

Posibles oportunidades de fabricación

Simmel dice que existe la posibilidad de que el brazo ayude en el ensamblaje de estructuras moleculares complejas, sin embargo, el objetivo del trabajo era descubrir una forma más eficiente de manipular nanodispositivos de ADN. "Es poco probable que podamos realizar pronto la fabricación molecular de 'propósito general', pero dado el tipo correcto de química y los mecanismos de captación y liberación adecuados, es concebible que sea posible una forma simple de fabricación molecular", dijo Simmel.


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