Pesquisadores do Instituto Nano da Universidade de Sydney fizeram um avanço significativo no campo da robótica molecular ao desenvolver nanoestruturas programáveis e personalizadas usando origami de DNA.

Essa abordagem inovadora tem potencial em uma gama de aplicações, desde sistemas de administração de medicamentos direcionados até materiais responsivos e processamento de sinal óptico com eficiência energética. O método usa "DNA origami", assim chamado porque usa o poder natural de dobramento do DNA, os blocos de construção da vida humana, para criar estruturas biológicas novas e úteis.

Como prova de conceito, os pesquisadores criaram mais de 50 objetos em nanoescala , incluindo um "nanodinossauro", um "robô dançante" e uma mini-Austrália com 150 nanômetros de largura, mil vezes mais estreita que um fio de cabelo humano.

A pesquisa foi publicada na Science Robotics .

A pesquisa, liderada pelo primeiro autor Dr. Minh Tri Luu e pela líder da equipe de pesquisa Dra. Shelley Wickham, foca na criação de "voxels" de origami de DNA modular que podem ser montados em estruturas tridimensionais complexas. (Onde um pixel é bidimensional, um voxel é realizado em 3D.)

Essas nanoestruturas programáveis podem ser adaptadas para funções específicas, permitindo prototipagem rápida de diversas configurações. Essa flexibilidade é crucial para o desenvolvimento de sistemas robóticos em nanoescala que podem executar tarefas em biologia sintética, nanomedicina e ciência de materiais.

O Dr. Wickham, que ocupa uma posição conjunta com as Escolas de Química e Física na Faculdade de Ciências, disse: "Os resultados são um pouco como usar o Meccano, o brinquedo de engenharia das crianças, ou construir um berço de gato em forma de corrente. Mas em vez de metal ou corda em macroescala, usamos biologia em nanoescala para construir robôs com enorme potencial."

O Dr. Luu disse: "Criamos uma nova classe de nanomateriais com propriedades ajustáveis, permitindo diversas aplicações — desde materiais adaptáveis que alteram as propriedades ópticas em resposta ao ambiente até nanorrobôs autônomos projetados para procurar e destruir células cancerígenas."

Para montar os voxels, a equipe incorpora fitas adicionais de DNA no exterior das nanoestruturas, com as novas fitas atuando como locais de ligação programáveis.

O Dr. Luu disse: "Esses locais agem como velcro com cores diferentes, projetados para que apenas fitas com 'cores' correspondentes (na verdade, sequências de DNA complementares) possam se conectar."

Ele disse que essa abordagem inovadora permite controle preciso sobre como os voxels se ligam entre si, possibilitando a criação de arquiteturas personalizáveis e altamente específicas.

Uma das aplicações mais interessantes dessa tecnologia é seu potencial para criar caixas robóticas em nanoescala capazes de administrar medicamentos diretamente em áreas específicas do corpo.

Ao usar origami de DNA, os pesquisadores podem projetar esses nanobots para responder a sinais biológicos específicos, garantindo que os medicamentos sejam liberados somente quando e onde forem necessários. Essa abordagem direcionada pode aumentar a eficácia dos tratamentos contra o câncer, minimizando os efeitos colaterais.

Além da administração de medicamentos, os pesquisadores estão explorando o desenvolvimento de novos materiais que podem mudar as propriedades em resposta a estímulos ambientais. Por exemplo, esses materiais podem ser projetados para responder a cargas maiores ou alterar suas características estruturais com base em mudanças na temperatura ou níveis ácidos (pH).

Esses materiais responsivos têm o potencial de transformar os setores médico, de computação e eletrônico.

O Dr. Wickham disse: "Este trabalho nos permite imaginar um mundo onde os nanorrobôs podem trabalhar em uma ampla gama de tarefas, desde tratar o corpo humano até construir dispositivos eletrônicos futuristas."

A equipe de pesquisa também está investigando métodos de eficiência energética para processamento de sinais ópticos, o que pode levar a tecnologias de verificação de imagem aprimoradas. Ao aproveitar as propriedades únicas do origami de DNA, esses sistemas podem melhorar a velocidade e a precisão do processamento de sinais ópticos, abrindo caminho para técnicas aprimoradas em diagnósticos médicos ou segurança.

Dr. Luu, pesquisador de pós-doutorado na Escola de Química, disse: "Nosso trabalho demonstra o incrível potencial do origami de DNA para criar nanoestruturas versáteis e programáveis. A capacidade de projetar e montar esses componentes abre novos caminhos para a inovação em nanotecnologia."

O Dr. Wickham disse: "Esta pesquisa não apenas destaca as capacidades das nanoestruturas de DNA, mas também enfatiza a importância da colaboração interdisciplinar no avanço da ciência. Estamos animados para ver como nossas descobertas podem ser aplicadas a desafios do mundo real em saúde, ciência de materiais e energia."

À medida que os pesquisadores continuam a refinar essas tecnologias, o potencial para criar nanomáquinas adaptáveis que podem operar em ambientes complexos, como dentro do corpo humano, está se tornando cada vez mais viável.