A solução para projetar eletrônicos transformadores em DNA

Cientistas da Escola de Medicina e seus colaboradores usaram o DNA para superar um obstáculo quase intransponível para desenvolver materiais que revolucionariam a eletrônica.

Um possível resultado de tais materiais técnicos poderia ser supercondutores, que não têm resistência elétrica e permitem que os elétrons fluam sem impedimentos. Isso significa que eles não perdem energia e não geram calor, ao contrário dos meios tradicionais de transmissão elétrica. O desenvolvimento de um supercondutor que poderia ser amplamente usado à temperatura ambiente – em vez de temperaturas extremamente altas ou baixas, como agora é possível – poderia levar a computadores hiper-rápidos, diminuir o tamanho de dispositivos eletrônicos, permitir que trens de alta velocidade flutuem ímãs, e reduzir o consumo de energia, entre outros benefícios.

Tal supercondutor foi proposto pela primeira vez pelo físico de Stanford William A. Há pouco mais de 50 anos. Os cientistas passaram décadas tentando fazê-lo funcionar, mas mesmo depois de validar a viabilidade de sua ideia, eles enfrentaram um desafio que parecia impossível de superar. Até agora.

Edward H. Egelman, PhD, do Departamento de Bioquímica e Genética Molecular da UVA, foi um pioneiro no campo da microscopia crioeletrônica (crio-EM), e ele e Leticia Beltran, uma estudante de pós-graduação em seu laboratório, usaram crio-EM imagens para este projeto aparentemente impossível. “Isso mostra”, disse ele, “que a técnica crio-EM tem um grande potencial na pesquisa de materiais”.

Engenharia no nível atômico

Uma maneira de concretizar a ideia de Little de um supercondutor é modificar treliças de nanotubos de carbono, cilindros ocos de carbono tão pequenos que precisam ser medidos em nanômetros – bilionésimos de metro. Mas havia um grande desafio: controlar as reações químicas ao longo dos nanotubos para que a rede pudesse ser montada com a precisão necessária e funcionar como pretendido.

Egelman e seus colaboradores encontraram uma resposta nos blocos básicos de construção da vida. Eles pegaram o DNA, o material genético que diz às células vivas como funcionar, e o usaram para dirigir uma reação química que superaria a grande barreira do supercondutor de Little. Em suma, eles usaram a química para realizar engenharia incrivelmente precisa – construção no nível de uma única molécula. O resultado foi uma rede de nanotubos de carbono montados conforme necessário para os supercondutores de temperatura ambiente de Little.

“Este trabalho demonstra que a modificação ordenada de nanotubos de carbono pode ser alcançada aproveitando o controle da sequência de DNA sobre a distância entre os locais de reação adjacentes”, disse Egelman.

A grade que eles construíram ainda não foi testada quanto à supercondutividade, mas oferece prova do princípio e tem grande potencial para o futuro, dizem os pesquisadores. “Embora a crio-EM tenha se tornado a principal técnica em biologia para determinar as estruturas atômicas de conjuntos de proteínas, ela teve muito menos impacto na ciência dos materiais”, disse Egelman, cujo trabalho anterior levou ao seu Admissão à Academia Nacional de Ciênciasuma das maiores honras que um cientista pode receber.

Egelman e seus colegas dizem que sua abordagem guiada por DNA para a construção de treliças pode ter uma variedade de aplicações de pesquisa úteis, particularmente em física. Mas também confirma a possibilidade de construir o supercondutor de temperatura ambiente de Little. O trabalho dos cientistas, combinado com outros avanços em supercondutores nos últimos anos, pode transformar a tecnologia como a conhecemos e levar a um futuro com muito “Star Trek”.

“Embora muitas vezes pensemos em biologia usando ferramentas e técnicas da física, nosso trabalho mostra que as abordagens desenvolvidas na biologia podem realmente ser aplicadas a problemas de física e engenharia”, disse Egelman. “Essa é a coisa excitante sobre a ciência: não ser capaz de prever para onde nosso trabalho levará.”

Relação: Lin Z, Beltran LC, De los Santos ZA, et al. Remodelação de rede dirigida por DNA de nanotubos de carbono. Ciência. 2022;377(6605):535-539. doi: 10.1126/science.abo4628.

Este artigo foi republicado a partir do seguinte materiais. Nota: O material pode ter sido editado quanto à duração e conteúdo. Para mais informações, consulte a fonte indicada.

By Carlos Henrique

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