Utilizan ADN como molde para producir nanoalambres de plata

• Con la técnica “origami de ADN”, Enrique Sámano Tirado, del Centro de Nanociencia y Nanotecnología, dobla material genético y hace crecer en su interior partículas de plata
• El investigador del campus Ensenada de la UNAM desarrolla el proyecto con colegas de la Universidad de Duke, en Estados Unidos

Un investigador de la UNAM utiliza material genético como molde para fabricar nanoalambres de plata. Así como una hoja de papel puede doblarse en varias partes para obtener figuras con la tradicional técnica japonesa del origami, Enrique Sámano Tirado, del Centro de Nanociencias y Nanotecnología (CNyN) de la UNAM (con sede en Ensenada), dobla fragmentos de ADN para dar forma a un objeto, en este caso alambres de escala nanométrica.

“El origami es el arte japonés de doblar hojas de papel para dar forma a una estructura u objeto específico ya prediseñado. La concepción ‘origami de ADN’ se desarrolla en ese contexto, pues el ADN es una nanoestructura bidimensional basada en el genoma de un virus de cadena sencilla y de secuencia conocida, que se dobla y ‘engrapa’ con la ayuda de 200 bases complementarias, que funcionan como ‘grapas’ para dar forma a un objeto”, explicó Sámano.

Dentro del ADN, que es un polímero muy dúctil y moldeable, las nanopartículas metálicas se desarrollan como diminutos alambres, útiles en las industrias nanoelectrónica y fotónica, donde es fundamental la miniaturización de sus componentes y circuitos.

“El ADN hace el rol de la celulosa en el papel del origami, es decir, es la materia prima”, resumió el universitario, que desarrolla esta novedosa técnica durante su estancia sabática en la Universidad de Duke, en Carolina del Norte, Estados Unidos.

Imagen de AFM (microscopio de fuerza atómica) de un origami rectangular de ADN, con dimensiones de 70 nm x 90 nm, con ocho nanopartículas de oro, diámetro de cinco nm, posicionadas de manera tal que tienen la forma de la letra "H" para facilitar la construcción de un nanoalambre antes del proceso de metalización. La escala de la imagen es de 500 nm x 500 nm.

Andamio bioquímico

El ADN es un polímero lineal conformado por un armazón compuesto por azúcares y fosfatos. Sus cuatro bases nucleótidas (A, T, C y G) están ligadas a los azúcares, con los que forman una cadena sencilla. Las bases nucleótidas son complementarias entre sí (A-T y C-G) y se relacionan en pares por medio de “puentes” de hidrógeno.

Las cadenas sencillas se unen para dar forma a la estructura de cadena o doble hélice, con diámetro de dos nanómetros y distancia de 0.34 nanómetros entre las bases consecutivas.

“El uso de ADN como un prometedor material de construcción a escala nanométrica, debido a sus extraordinarias propiedades de reconocimiento molecular y auto-ensamblaje, fue predicha por el científico Nadrian Seeman hace 28 años”, recordó.

En colaboración con científicos del Departamento de Nanociencias de la Universidad de Duke, ubicada en Carolina del Norte, Estados Unidos, Sámano utiliza al ADN como un “andamio bioquímico”, una matriz que se engrapa con cientos de bases de nucleótidos.

Con un enlazador químico, las nanopartículas metálicas se desarrollan de acuerdo a la forma que le han dado las “grapas” o bases del ADN.

Cadena de ADN

Biomineralización

En este proceso se lleva a cabo la biomineralización, es decir, la formación o acumulación de minerales por organismos vivos, como ocurre en tejidos y estructuras óseas.

“En nuestra investigación, la biominelización se refiere al proceso de auto-ensamblaje que ocurre entre el ADN y los materiales inorgánicos, como la plata, que tiene la finalidad de construir dispositivos nanométricos”, añadió.
Aplicaciones

La colocación de nanopartículas metálicas en sustratos de ADN con precisión nanométrica es importante para aplicaciones electrónicas y fotónicas.

“Un grupo de nanopartículas posicionadas de manera adecuada exhibe una intensa resonancia de plasmones de superficie, útil en fotónica”, señaló el físico.

Además, pueden fungir como “semillas”, en las que el material inorgánico en solución se adhiere a su alrededor (en un proceso llamado metalización), para que luego crezcan y se unan a las nanopartículas vecinas ya metalizadas para conformar nanoestructuras conductoras con una geometría prediseñada, como los nanoalambres.

Sámano detalló que desde el inicio de la era microelectrónica se ha dedicado a la miniaturización de circuitos y componentes, lo que ha logrado circuitos integrados más eficientes, que disminuyen la disipación de energía.

“El desarrollo sostenido en tecnologías de circuitos integrados para procesadores y sistemas de almacenamiento de datos ha revolucionado la industria de las computadoras, aparatos electrodomésticos y gadgets, con capacidad de procesamiento y memoria no-volátil cada vez mayor. De ello son ejemplo los teléfonos celulares, tabletas y las memorias USB”, señaló.

La industria electrónica busca esquemas alternativos para la construcción de dispositivos más pequeños, incluso de tamaño nanométrico. Un nanómetro (nm) es la unidad de longitud equivalente a una milmillonésima parte del metro.

“Una alternativa es utilizar objetos de tamaño molecular que se ensamblen a partir de sus bloques de construcción, con el uso de procesos de auto-ensamblaje y reconocimiento. Por ello, los métodos de fabricación como el ‘origami de ADN’ son una excelente alternativa”, finalizó.