I ricercatori dell'UNSW hanno superato un'importante sfida di progettazione sulla strada del controllo delle dimensioni dei cosiddetti DNA nanobot, strutture che si assemblano da componenti del DNA.

I nanorobot autoassemblanti possono sembrare fantascienza, ma la nuova ricerca nella nanotecnologia del DNA li ha avvicinati di un passo alla realtà. I futuri casi d'uso dei nanobot non si svolgeranno solo su piccola scala, ma includono applicazioni più ampie in campo sanitario e medico, come la guarigione delle ferite e la disostruzione delle arterie.

Ricercatori dell'UNSW, con i colleghi nel Regno Unito, hanno pubblicato una nuova teoria del design in ACS Nano su come controllare la lunghezza dei nanobot autoassemblanti in assenza di uno stampo, o modello.

"Tradizionalmente costruiamo strutture assemblando manualmente i componenti nel prodotto finale desiderato. Funziona abbastanza bene e facilmente se le parti sono grandi, ma man mano che diventi sempre più piccolo, diventa più difficile farlo, ", afferma l'autore principale Dr. Lawrence Lee di Single Molecule Science di UNSW Medicine.

I ricercatori medici sono già in grado di costruire robot su nanoscala che possono essere programmati per svolgere compiti molto piccoli, come posizionare piccoli componenti elettrici o fornire farmaci alle cellule tumorali.

All'UNSW, i ricercatori usano molecole biologiche, come il DNA, per costruire questi nanorobot. In un processo chiamato autoassemblaggio molecolare, minuscoli singoli componenti si costruiscono da soli in strutture più grandi.

La sfida con l'utilizzo dell'autoassemblaggio per costruire è capire come programmare i blocchi di costruzione per costruire la struttura desiderata, e farli fermare quando la struttura è abbastanza lunga o alta.

Per questo progetto, i ricercatori dell'UNSW hanno implementato il loro progetto sintetizzando subunità del DNA, chiamato PolyBricks. Come accade nei sistemi naturali, gli elementi costitutivi sono codificati ciascuno con i masterplan per autoassemblarsi in strutture predefinite di lunghezza prestabilita.

Il Dr. Lee paragona i PolyBrick ai microbot nel film di fantascienza Big Hero Six, dove i microbot si autoassemblano in una moltitudine di formazioni diverse.

"Nel film, il robot definitivo è un gruppo di subunità identiche che possono essere istruite ad autoassemblarsi in qualsiasi forma globale desiderata, "dice il dottor Lee.

Gli autori hanno utilizzato un principio di progettazione noto come accumulo di deformazione per controllare le dimensioni delle strutture costruite.

"Con ogni blocco che aggiungiamo, l'energia di deformazione si accumula tra i PolyBrick, finché alla fine l'energia è troppo grande perché altri blocchi si leghino. Questo è il punto in cui le subunità smetteranno di assemblarsi, " dice il dottor Lee.

Per controllare la lunghezza della struttura finale, cioè quanti PolyBrick sono uniti insieme:il team di ricerca ha modificato la sequenza nel design del DNA per regolare la quantità di tensione aggiunta con ogni nuovo blocco.

"La nostra teoria potrebbe aiutare i ricercatori a progettare altri modi per utilizzare l'accumulo di deformazione per controllare le dimensioni globali degli autoassemblaggi aperti, " dice il dottor Lee.

Gli autori affermano che questo meccanismo potrebbe essere utilizzato per codificare forme più complesse utilizzando unità di autoassemblaggio.

"È questo tipo di ricerca fondamentale su come organizziamo la materia su scala nanometrica che ci porterà alla prossima generazione di nanomateriali, nanomedicinali, e nanoelettronica, "dice Ph.D. laureato e autore principale, Il dottor Jonathan Berengut.