In un'impresa microscopica che somigliava a un'esibizione circense, I ricercatori della Johns Hopkins hanno persuaso i nanotubi di DNA ad assemblarsi in strutture simili a ponti arcuate tra due punti di riferimento molecolari sulla superficie di un piatto da laboratorio.

Il team ha catturato esempi di questa insolita performance su nanoscala in video.

Questo processo a ponte autoassemblante, che un giorno potrebbe essere utilizzato per collegare dispositivi medici elettronici a cellule viventi, è stato riportato dal team di recente sul giornale Nanotecnologia della natura .

Per descrivere questo processo, autore senior Rebecca Schulman, un assistente professore di ingegneria chimica e biomolecolare presso la Whiting School of Engineering dell'università, si riferiva a un'acrobazia che sfidava la morte mostrata nel film "Man on Wire". Il film descriveva la passeggiata ad alta fune di Philippe Petit del 1974 tra le Torri Gemelle del World Trade Center.

Schulman ha sottolineato che la traversata nella vita reale non avrebbe potuto essere realizzata senza un pezzo critico di ingegneria vecchio stile:il partner nascosto di Petit ha usato arco e frecce per lanciare il filo attraverso l'abisso tra le torri, permettendo di fissarlo a ogni struttura.

"Un'impresa del genere era difficile da fare a misura d'uomo, " Schulman ha detto. "Possiamo chiedere alle molecole di fare la stessa cosa? Potremmo far sì che le molecole costruiscano un "ponte" tra altre molecole o punti di riferimento su strutture esistenti?"

L'autore principale del documento, Abdul Mohammed, un borsista post-dottorato nel laboratorio di Schulman, hanno usato un'altra analogia per descrivere l'impresa di costruzione di ponti molecolari che hanno dimostrato a livello di nanoscala. "Se questo processo dovesse avvenire a misura d'uomo, "Maometto ha detto, "sarebbe come una persona che lancia una lenza da un lato di un campo di calcio e cerca di agganciare una persona in piedi dall'altra parte".

Per svolgere questo compito, i ricercatori si sono rivolti ai nanotubi di DNA. Questi microscopici mattoncini, formato da brevi sequenze di DNA sintetico, sono diventati materiali popolari nel campo emergente delle costruzioni delle nanotecnologie. Le sequenze sono particolarmente utili per la loro capacità di assemblarsi in lunghe, strutture simili a tubi note come nanotubi di DNA.

Nello studio della Johns Hopkins, questi elementi costitutivi si attaccavano a perni di ancoraggio molecolari separati, che rappresenta dove inizia e finisce il ponte di collegamento. I segmenti formavano due catene di nanotubi, ciascuno che si estende dal suo palo di ancoraggio. Quindi, come spaghetti in una pentola di acqua bollente, le catene allungate di nanotubi si contorcevano, esplorando l'ambiente circostante in modo casuale. Infine, questo movimento ha permesso alle estremità dei due filamenti di nanotubi separati di entrare in contatto l'uno con l'altro e di agganciarsi insieme per formare un'unica campata di collegamento.

Per saperne di più su come avviene questo processo, i ricercatori hanno usato i microscopi per osservare il collegamento dei nanotubi ai loro punti di riferimento molecolari, che sono stati etichettati con diversi coloranti fluorescenti colorati e attaccati al vetro trasparente. L'attrezzatura video del team ha anche catturato la formazione di campate di nanotubi, man mano che i due segmenti del ponte si allungavano e alla fine si collegavano. Il completamento del ponte su scala nanometrica nell'esempio allegato ha richiesto circa sei ore, ma i video del team sono stati notevolmente accelerati per consentire una revisione più rapida. A seconda di quanto distanti erano posizionati i perni di ancoraggio molecolare, il processo di connessione ha richiesto da alcune ore a due giorni.

La capacità di assemblare questi ponti, dicono i ricercatori, suggerisce un nuovo modo di costruire dispositivi medici che utilizzano fili, canali o altri dispositivi che potrebbero "inserirsi" nelle molecole sulla superficie di una cellula. Tali tecnologie potrebbero essere utilizzate per comprendere la comunicazione delle cellule nervose o per fornire terapie con una precisione senza precedenti. Costruzione di ponti molecolari, i ricercatori hanno detto, è anche un passo verso la costruzione di dispositivi e "città" in rete su scala nanometrica, consentendo ai nuovi componenti di una macchina o di una fabbrica di comunicare tra loro.