Nanoturbina de DNA abre horizontes para nanomotores e nanomáquinas

Redação do Site Inovação Tecnológica - 14/11/2023

Visualização artística da nanoturbina, que fica acondicionada em um poro minúsculo.
[Imagem: Cees Dekker Lab/SciXel]

Nanoturbina

As turbinas movidas por fluxos estão no centro de muitas máquinas que moldaram nossa sociedade, dos moinhos de vento e turbinas eólicas aos aviões.

O que poucos sabem é que a própria vida depende criticamente de turbinas para processos fundamentais. A sintase FoF1-ATP, por exemplo, produz combustíveis para as células biológicas e faz funcionar o motor flagelar que impulsiona as bactérias.

Agora, Xin Shi e colegas da Universidade Delft de Tecnologia, nos Países baixos, construíram uma nanoturbina totalmente funcional, inspirada nesse modelo biológico.

"Nossa nanoturbina possui um rotor de 25 nanômetros de diâmetro, feito de material de DNA, com pás configuradas em um sentido horário ou anti-horário para controlar a direção de rotação. Para funcionar, essa estrutura fica ancorada sob um forte fluxo de água, por sua vez controlado por um campo elétrico ou diferença de concentração de sal, a partir de um nanoporo, uma minúscula abertura em uma membrana fina. Usamos a nossa turbina para acionar uma haste rígida a até 20 rotações por segundo," diz Shi.

Esse nanomotor sintético promete expandir os horizontes da nanotecnologia porque tem inúmeras aplicações potenciais. Por exemplo, no futuro poderemos ser capazes de usar origami de DNA para fabricar nanomáquinas que possam fornecer medicamentos ao corpo humano, a tipos específicos de células.

Máquinas de DNA

A nanoturbina foi construída usando a técnica de origami de DNA, que usa interações específicas entre pares de bases complementares de DNA para construir nano-objetos 3D dinâmicos.

Um dos resultados mais destacados desta demonstração está na natureza única da rotação da nanoturbina. Seu comportamento é influenciado pela concentração de íons, permitindo que a mesma turbina gire no sentido horário ou anti-horário, dependendo da concentração de íons Na+ na solução. Esta característica única, exclusiva do domínio da nanoescala, resulta da intrincada interação entre íons, água e DNA.

Isto permite que a direção de rotação da turbina nos nanoporos seja controlada através da lateralidade das pás. Outra vantagem é que isto permite a integração direta da turbina a outras nanomáquinas.

Além da área biomédica, a nanoturbina de DNA poderá ter impacto em outras áreas. "[Nós] preparamos o cenário para o futuro das máquinas transmembrana biomiméticas, com potencial para aproveitar a energia dos gradientes de sal, uma fonte de energia vital empregada por motores biológicos," disse Shi.

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