I nanodispositivi di DNA più vicini alla realizzazione
L’origami di DNA è un tipo di struttura di DNA autoassemblato, che può essere programmato perché formi agganci specifici alle molecole desiderate. Generalmente si tratta di una struttura piatta di circa 100 nm di lato, con oltre 200 posizioni su ciascuna faccia, dove filamenti di DNA arbitrario, proteine o polimeri possono legarsi e stabilizzarsi sul DNA in percorsi e schemi pre-progettati. I nanopunti, la cui misura del diametro è pari o inferiore a 50 nm, possono far giungere a dispositivi innovativi su nanoscala. Il consorzio META (Materials enhancement for technological applications) è riuscito a immobilizzare origami di DNA rettangolari che sono serviti da basetta sperimentale per l’assemblaggio, sospesi tra nanopunti d’oro di 25 nm di diametro, una base strutturale per costruire nanodispositivi sofisticati. Ha anche assemblato aptameri e altre biomolecole in ubicazioni selezionate su basette sperimentali di DNA. Questa tecnologia ibrida a stato solido organico supera molte delle strozzature che finora hanno ostacolato il rapido sviluppo dell’elettronica molecolare. In particolare, gli scogli principali erano rappresentati dal posizionamento preciso, dall’orientamento desiderato e dalla stabilità di semiconduttori molecolari organici su trasduttori di metallo od ossido. I partner META hanno utilizzato la litografia a fasci di elettroni per creare nanopunti d’oro e leganti di tiolo, per applicare le basette sperimentali di origami di DNA a tali nanoelettrodi d’oro. Studieranno poi i materiali più adatti per gli elettrodi, come il platino, il cromo, i nanotubi in carbonio e il grafene. Attraverso approcci di dinamica molecolare funzionale di densità e classica, i componenti del progetto hanno anche studiato i dettagli dell’interazione tra sequenze corte di peptidi e materiali specifici come i titani e il nanocarbonio grafitico. Lo studio di sequenze di peptici specifiche in base al materiale può fornire uno strumento eccezionale per applicare materiali allo stato solido in posizioni predeterminate con l’orientamento voluto. Infine, il team ha valutato una metodologia per calcolare le velocità di trasferimento di carica lungo e attraverso le basette sperimentali di DNA. Le proprietà peculiari che si generano all’interfaccia di ossidi ceramici nanostrutturati hanno dato l’avvio a un altro filone di ricerca. Comprendendo a fondo l’interazione tra la conduttività ionica e le proprietà fisico-chimiche su scale nanometriche, si può accelerare lo sviluppo di micro pile a combustibile di ossido solido. I ricercatori hanno impiegato la deposizione laser pulsata per fabbricare strati di ossidi a film sottile. L’uso della microscopia a scansione di tensione elettrochimica e la spettroscopia neutronica ha consentito al team di sondare a livello di nanoscala la locale conduttività ionica e, quindi, acquisire importanti informazioni sulla dinamica degli ioni su un’ampia varietà di scale di lunghezza e tempo, in processi chiave di dispositivi di conversione dell’energia come le pile a combustibile. Le attività del progetto hanno portato a formulare concetti completamente nuovi nello sviluppo di micro e nanodispositivi. META era un’iniziativa in collaborazione tra l’UE e gli Stati Uniti.
Parole chiave
Nanodispositivi DNA, nanopunti, sensori molecolari, origami di DNA, sequenze di peptidi
