3D- Nanoestructuras de ADN

Doblando el ADN La nanotecnología de ADN, que es como el plegado de papel, se desarrolló hace unos 30 años. En 2006, Paul Rothemund del Instituto de Tecnología de California demostró doblar largas hebras de ADN en una amplia gama de formas predeterminadas. Las nanoestructuras resultantes se pueden usar como andamios o como placas de circuito en miniatura para ensamblar con precisión componentes como nanotubos de carbono y nanocables. Pero para hacer una estructura de ADN de varios pliegues, se deben agregar varios cientos de "grapas" a las regiones que rodean las hebras de ADN individuales. y para fabricar nuevas nanoestructuras se requiere un nuevo conjunto de productos básicos. Además, las estructuras de ADN tienden a disponerse de forma aleatoria sobre la superficie de un sustrato, lo que dificulta su integración posterior en circuitos electrónicos. Ladrillo de ADN Para superar la dificultad anterior, los investigadores de la Universidad de Harvard en los EE. UU. Han desarrollado una técnica para hacer nanoestructuras 3D altamente complejas ensamblando "ladrillos" de ADN sintético. Los ladrillos, que son como pequeñas piezas de LEGO, se pueden ensamblar en una amplia variedad de formas y configuraciones para construir nanoestructuras de diseño elaborado. Los investigadores fabricaron ladrillos de ADN mediante la técnica de autoensamblaje, comenzando con cadenas largas de ADN entrelazando cadenas cortas y sintéticas de ADN para formar estructuras más grandes controlando adecuadamente las interacciones locales entre las cadenas. La técnica se basa en el método de autoensamblaje de ADN utilizando los cuatro pares de bases en el ADN:adenosina, timina, citosina y guanina, que pueden unirse naturalmente de formas específicas para fabricar una colección de estructuras 2D. Técnica La técnica para hacer la estructura 3D comienza con una hebra de ladrillos de ADN más pequeña de solo 32 bases de largo que tiene cuatro regiones para unirse a cuatro hebras de ladrillos de ADN vecinas que están conectadas a 90 ° y construidas en el espacio para crear un cubo molecular de ADN que contiene cientos de ladrillos Cada estructura de ADN se autoensambla en un ladrillo codificado con una secuencia individual que determina su posición final en la nanoestructura. Cada secuencia solo se verá atraída por una secuencia complementaria, de modo que se puedan crear formas específicas a través de la selección de diferentes secuencias. Aplicaciones Utilizando la técnica de los ladrillos de ADN, se puede hacer muy fácilmente cualquier número de estructuras a partir del mismo cubo maestro simplemente seleccionando subconjuntos de ladrillos de ADN específicos. Se pueden hacer muchas formas complejas que contengan cavidades intrincadas, características superficiales y canales que son más complejos que cualquier estructura de ADN 3D construida hasta ahora. También se pueden hacer modificaciones agregando o quitando ladrillos de ADN sin cambiar la estructura principal. Los investigadores afirman que muchas moléculas invitadas tecnológicamente relevantes se pueden incorporar en dispositivos funcionales que podrían servir como sondas moleculares programables, instrumentos para imágenes biológicas y vehículos de administración de fármacos y para fabricar dispositivos inorgánicos complejos de alto rendimiento para aplicaciones electrónicas y fotónicas. Afirman además que mediante el uso de polímeros sintéticos en lugar de la forma natural de ADN, puede ser posible crear estructuras funcionales que sean estables en una variedad más amplia de entornos diferentes. Los investigadores dicen que las estructuras fabricadas con la técnica de ladrillos de ADN podrían encontrar uso en una amplia variedad de aplicaciones, como en dispositivos médicos inteligentes para la administración de fármacos dirigidos al cuerpo, sondas de imágenes programables e incluso en la fabricación de computadoras más rápidas y potentes. circuitos de chip. microchip de ADN Los microchips se utilizan en computadoras, teléfonos celulares y otros dispositivos electrónicos. IBM está construyendo microchips de ADN utilizando nanoestructuras de ADN. Este es un esfuerzo por usar moléculas biológicas para ayudar con el procesamiento en la industria de los semiconductores, porque las estructuras biológicas como el ADN en realidad ofrecen algunos tipos de patrones repetitivos y muy reproducibles. Será la estructura de la próxima generación y los fabricantes de chips están compitiendo para desarrollar los chips más pequeños a un precio más barato. Detección de genes Se ha creado una plataforma de detección de genes hecha de nanoestructuras de ADN autoensambladas utilizando 100 billones de componentes de ADN reactivos y funcionales. Al escanear las etiquetas diferenciadas adheridas en masa, se puede obtener una lectura clara de la composición molecular de una solución. Este método permitirá la codificación de barras de moléculas individuales para una fácil identificación y análisis. Biodetección La investigación de investigadores estadounidenses ha dado como resultado nanoestructuras hechas completamente de grafeno y ADN. Cuando se rastrearon las interacciones entre los dos componentes utilizando una proteína fluorescente, se descubrió que el ADN monocatenario interactúa con el compuesto de carbono mucho más fuerte que su hermano bicatenario. Cuando se agregó ADN complementario a las hebras que ya estaban en el grafema, la proteína marcadora comenzó a brillar con fuerza renovada, lo que indica que se formaron nuevas moléculas de ADN, ya que las primeras hebras se separaron de su sustrato de grafeno. Según los investigadores, esta propiedad podría allanar el camino para la creación de nuevas clases de biosensores.Las nanoestructuras de grafeno-ADN se utilizarán en los hospitales para detectar afecciones como el cáncer, las toxinas en alimentos en descomposición y alterados y también para escanear paquetes sospechosos de portar armas biológicas. en busca de rastros de patógenos. máquinas de ADN El Oxford Center for Soft and Biological Matter informa que la elegante selectividad del emparejamiento de bases Watson-Crick hace que el ADN sea una herramienta extremadamente útil para la construcción de objetos y máquinas a nanoescala. Las estructuras estables y los ciclos mecánicos se pueden programar en un sistema de hebras simples mediante la elección cuidadosa de las secuencias de bases. Andamio de nanoestructura de ADN Investigadores de la Universidad Estatal de Arizona han desarrollado varias formas y tamaños de nanoestructura de ADN que pueden transportar moléculas para desencadenar una respuesta inmune en el cuerpo. Ya han desarrollado nanoestructuras de ADN que podrían funcionar como material de andamiaje y han creado complejos de vacunas sintéticas que se asemejan a virus naturales sin el componente de la enfermedad. Luego, los complejos de vacunas sintéticas se unieron a nanoestructuras de ADN en forma de pirámide y estructuras en forma de rama. Esto tiene un gran potencial para el desarrollo de terapias específicas. Cristales de ADN Los químicos de la Universidad de Nueva York han creado estructuras de ADN tridimensionales que tienen una gama de posibles aplicaciones industriales y farmacéuticas, como la creación de componentes nanoelectrónicos y la organización de dianas de receptores de fármacos para permitir la iluminación de sus estructuras 3D. Los investigadores crearon cristales de ADN por haciendo secuencias sintéticas de ADN que tienen la capacidad de autoensamblarse en una serie de motivos tridimensionales en forma de triángulo. La creación de los cristales dependía de poner "extremos pegajosos" —pequeñas secuencias cohesivas en cada extremo del motivo— que se unen a otras moléculas y las colocan en un orden y orientación establecidos. La composición de estos extremos pegajosos permite que los motivos se adhieran entre sí de forma programada. Mediante el uso de la técnica de la ingeniería genética, se unieron múltiples hélices a través de extremos pegajosos de una sola hebra, se formaron estructuras en forma de celosía que se extienden en seis direcciones diferentes, produciendo así un cristal 3D.