Impiego del DNA per l'autoaggregazione di strutture molecolari
Le interazioni tra molecole o parti di molecole correlate alle rispettive caratteristiche elettriche, magnetiche o strutturali determinano la formazione di nuove strutture e nuovi composti. Basti pensare alla formazione di gocce d’acqua su una lastra di vetro: non si forma alcun nuovo composto, ma viene ottenuta una nuova struttura a causa della tensione superficiale e delle interazioni elettrostatiche tra le molecole d'acqua. Il DNA (acido deossiribonucleico) rappresenta in effetto un materiale da costruzione versatile in termini di autoaggregazione. A due dimensioni, il DNA è simile a una scala comprimibile e decomprimibile, con i pioli costituiti dai legami che si formano a seguito del cosiddetto appaiamento complementare, basato sulla sua complessa distribuzione di cariche e su interazioni elettrochimiche. Anche se si tratta di un ambito nato da poco, sono state dedicate molte ricerche sperimentali e teoriche all'autoaggregazione con l'impiego di sequenze di DNA. In particolare, il rivestimento di nanocolloidi o microcolloidi con polimeri da cui fuoriescono brevi sequenze di DNA a singolo filamento (un solo lato della scala) può causare la formazione di reti colloidali tridimensionali (3D), qualora tali "estremità collose" si legano ad altri colloidi latori della sequenza di "estremità collosa" complementare. Tuttavia, la mancanza di una comprensione precisa della termodinamica e della cinetica dell'autoaggregazione mediata dal DNA ha limitato il controllo sul processo e quindi dei prodotti derivanti. Il progetto DNAColloids ("Self-assembly of DNA-coated colloidal particles") è stato concepito per risolvere tali limitazioni con algoritmi innovativi per la creazione di modelli teorici basati su condizioni sperimentali. I ricercatori hanno sviluppato un modello di DNA matematico che acquisisce adeguatamente le interazioni elettrostatiche dello scheletro del DNA. Lo hanno semplificato in modo da renderlo utile dal punto di vista computazionale, definendo parametri di sistema minimi per acquisire l'attività desiderata. Quindi, hanno sviluppato simulazioni Monte Carlo per inserire la creazione del modello del legame specifico tra le estremità collose. Gli strumenti per la creazione di modelli sviluppati per il progetto DNAColloids consentono di prevedere le proprietà di sistemi colloidali rivestiti di DNA arbitrari. Inoltre, tali strumenti consentono la progettazione su elaboratore di complessi mattoni rivestiti di DNA in generale e costituiscono un progresso importante nel settore dell'autoaggregazione controllata di strutture complesse.
