Gli ingegneri biochimici della Johns Hopkins University hanno utilizzato sequenze di molecole di DNA per far cambiare forma ai gel a base d'acqua, dimostrando una nuova tattica per produrre robot morbidi e dispositivi medici "intelligenti" che non si basano su cavi ingombranti, batterie, o legami.

La ricerca, supervisionato da tre docenti della Whiting School of Engineering dell'università, è dettagliato online oggi nel giornale Scienza .

I membri del team hanno riferito che il loro processo utilizzava specifiche sequenze di DNA chiamate "forcine" per far gonfiare un campione di idrogel di un centimetro fino a 100 volte il suo volume originale. La reazione è stata quindi interrotta da una sequenza di DNA diversa, soprannominato un "tornante terminator". Questo approccio potrebbe consentire di tessere parti mobili in materiali morbidi, quale, i ricercatori hanno detto, potrebbe un giorno svolgere un ruolo nella creazione di materiali intelligenti, dispositivi metamorfici, attuatori programmati complessi, e robot autonomi con potenziali applicazioni marine e mediche.

Per controllare come avviene il cambiamento di forma in diverse parti dell'idrogel bersaglio, i ricercatori hanno preso spunto dall'industria informatica. Hanno impiegato una tecnica di fotomodellazione simile a quella usata per creare microchip minuscoli ma intricati. Vari modelli biochimici incorporati in diverse regioni del gel sono stati progettati per rispondere a specifiche istruzioni del DNA per causare la flessione, pieghevole, o altre risposte.

"Le sequenze di DNA possono essere pensate come un codice analogico per computer, " ha detto David Gracias, professore presso il Dipartimento di Ingegneria Chimica e Biomolecolare dell'Università, e uno dei due autori senior dell'articolo di Science. "Proprio come il software per computer può dirigere compiti specifici, Le sequenze di DNA possono far piegare o espandere un materiale in un certo modo in un sito specifico".

Questo non è un evento insolito in natura, Ha aggiunto.

"Il cambiamento di forma è molto importante in biologia, " Disse Gracias. "Pensa a come un bruco si trasforma in farfalla."

Per confermare la loro capacità di controllare quali bersagli di idrogel sono stati attivati, i membri del team hanno utilizzato idrogel a forma di fiore che rispondono alla sequenza del DNA. In ogni "fiore, "sono state fabbricate due serie di petali, e ogni set è stato progettato per rispondere solo a una delle due diverse sequenze di DNA. Quando esposto a entrambe le sequenze, tutti i petali si piegarono in risposta. Ma quando sono stati esposti a una sola delle sequenze, solo i petali corrispondevano a quella sequenza piegata.

Il team ha anche fabbricato dispositivi a forma di granchio in idrogel in cui le antenne, artigli, e le gambe si sono accartocciate in risposta alla loro sequenza di DNA corrispondente. I dispositivi a granchio, una forma scelta in onore dei famosi frutti di mare per cui è noto il Maryland, sono rimasti nel loro stato attivato per almeno 60 giorni.

"Siamo rimasti affascinati dal modo in cui le cellule viventi possono utilizzare i segnali chimici per decidere come crescere o muoversi e utilizzare l'energia chimica per alimentarsi, "ha detto Rebecca Schulman, l'altro autore senior dello studio e un assistente professore di ingegneria chimica e biomolecolare. "Volevamo costruire macchine che potessero agire in modo simile. La nostra tecnologia di fabbricazione consente di progettare dispositivi molto complicati in una gamma di dimensioni".