Recentemente, a Universidade de Tecnologia de Delft desenvolveu uma nanoturbina funcional de DNA, inspirada em turbinas biológicas, com potencial revolucionário para a nanotecnologia e aplicações biomédicas, utilizando a técnica de origami de DNA para criar uma estrutura controlada por íons e capaz de integrar-se a outras nanomáquinas.
As turbinas, impulsionadas por fluxos, desempenham um papel central em diversas máquinas que moldaram nossa sociedade, desde moinhos de vento e turbinas eólicas até aviões.
O que muitos desconhecem é que a própria vida depende de maneira crucial dessas turbinas para processos fundamentais. Um exemplo é a sintase FoF1-ATP, que não apenas produz combustíveis essenciais para as células biológicas, mas também opera o motor flagelar responsável por impulsionar as bactérias.
Recentemente, Xin Shi e sua equipe da Universidade de Tecnologia de Delft, nos Países Baixos, alcançaram um feito notável ao construírem uma nanoturbina plenamente funcional, inspirada no mencionado modelo biológico.
“A nossa nanoturbina possui um rotor com 25 nanômetros de diâmetro, composto por material de DNA, apresentando pás configuradas em sentido horário ou anti-horário para controlar a direção de rotação. Para seu funcionamento, essa estrutura é ancorada sob um vigoroso fluxo de água, regulado por um campo elétrico ou diferença de concentração de sal, proveniente de um nanoporo — uma abertura ínfima em uma membrana fina. Utilizamos a turbina para impulsionar uma haste rígida a velocidades de até 20 rotações por segundo,” revela Shi.
Esse nanomotor sintético detém o potencial de revolucionar a nanotecnologia, oferecendo inúmeras aplicações promissoras. Por exemplo, no futuro, poderemos empregar o origami de DNA para criar nanomáquinas capazes de administrar medicamentos diretamente a células específicas no corpo humano.
A construção da nanoturbina foi realizada por meio da técnica de origami de DNA, que utiliza interações específicas entre pares de bases complementares de DNA para criar nanoobjetos 3D dinâmicos.
Um dos resultados mais notáveis dessa demonstração reside na natureza singular da rotação da nanoturbina. Seu comportamento é influenciado pela concentração de íons, permitindo que a turbina gire no sentido horário ou anti-horário, dependendo da concentração de íons Na+ na solução. Essa característica exclusiva no domínio da nanoescala resulta da intrincada interação entre íons, água e DNA.
Essa propriedade possibilita o controle da direção de rotação da turbina nos nanoporos por meio da lateralidade das pás. Além disso, oferece a vantagem de integrar diretamente a turbina a outras nanomáquinas.
Para além do campo biomédico, a nanoturbina de DNA tem o potencial de impactar diversas áreas. “[Nós] estamos preparando o terreno para o futuro das máquinas biomiméticas transmembrana, com a capacidade de aproveitar a energia proveniente dos gradientes de sal, uma fonte vital de energia utilizada por motores biológicos,” afirmou Shi.
(Engenhariae)