Un'illustrazione concettuale delle microcapsule basate su nanopiastre di DNA. Credito:Masahiro Takinoue del Tokyo Institute of Technology
Un gruppo di ricerca guidato da Tokyo Tech riporta un modo di costruire microcapsule a base di DNA che sono molto promettenti per lo sviluppo di nuovi materiali e dispositivi funzionali (Figura 1). Hanno dimostrato che minuscoli pori sulla superficie di queste capsule possono agire come canali ionici. Il loro studio accelererà i progressi nell'ingegneria delle cellule artificiali e nella robotica molecolare, così come la nanotecnologia stessa.
a base di DNA, le nanostrutture autoassemblate sono promettenti elementi costitutivi per nuovi tipi di micro e nanodispositivi per applicazioni biomediche e ambientali. Molte ricerche sono attualmente focalizzate sull'aggiunta di funzionalità a tali strutture al fine di ampliare la loro versatilità.
Per esempio, capsule ingegnerizzate chiamate liposomi che hanno una membrana a doppio strato lipidico sono già utilizzate con successo come sensori, strumenti diagnostici e sistemi di somministrazione dei farmaci. Un altro gruppo di capsule che non hanno un doppio strato lipidico ma sono invece composte da membrana di particelle colloidali, noto come emulsione Pickering o colloidosomi, hanno anche il potenziale per molte applicazioni utili dal punto di vista biotecnologico.
Ora, un gruppo di ricerca guidato dal biofisico Masahiro Takinoue del Tokyo Institute of Technology riporta un nuovo tipo di emulsione Pickering con la funzionalità aggiuntiva dei canali ionici, un risultato che apre nuove strade alla progettazione di cellule artificiali e robot molecolari.
"Per la prima volta, abbiamo dimostrato la funzione del canale ionico utilizzando nanostrutture di DNA a pori senza la presenza di una membrana a doppio strato lipidico, "dice Takinoue.
Rappresentazione delle microcapsule basate su nanopiastre di DNA:(a) Sono stati costruiti e modificati due tipi di nanopiastre di DNA (senza pori e con pori) per conferire idrofobicità a una faccia delle nanopiastre. Le risultanti nanopiastre di DNA anfifilico si autoassemblano all'interfaccia olio-acqua per formare goccioline di emulsione, o microcapsule, anche senza alcuna membrana di supporto come la membrana lipidica. (b) In questo studio è stato dimostrato con successo che i nanopori funzionano come canali ionici tra due microcapsule. Credito:Istituto di tecnologia di Tokyo
Il design del team sfrutta le proprietà autoassemblanti delle nanopiastre di origami di DNA. Le emulsioni Pickering risultanti sono stabilizzate dalla natura anfifila delle nanopiastre. (Vedi Figura 2.)
Una delle implicazioni più interessanti dello studio, Takinoue spiega, è che sarà possibile sviluppare sistemi che rispondono agli stimoli, basati sul concetto di commutazione aperto-chiuso. Tali sistemi potrebbero eventualmente essere utilizzati per sviluppare reti neurali artificiali che mimano il modo in cui funziona il cervello umano.
"Inoltre, un cambiamento di forma sensibile agli stimoli delle nanopiastre di DNA potrebbe fungere da forza trainante per la locomozione autonoma, che sarebbe utile per lo sviluppo di robot molecolari, " dice Takinou.
Il presente studio evidenzia i punti di forza del team nel combinare la nanotecnologia del DNA con una prospettiva fondata sulla biofisica e sulla fisica della materia soffice.
