Um novo modelo mostra como as cadeias de DNA programáveis controlam as interações entre diversas partículas coloidais
O DNA é uma macromolécula fascinante que orienta a produção de proteínas e permite a replicação celular. Também encontrou aplicações em nanociência e design de materiais.
Os cristais coloidais são estruturas ordenadas feitas de pequenas partículas suspensas em um fluido que podem se ligar a outras partículas e adicionar funcionalização aos materiais. Ao controlar as partículas coloidais, podemos construir nanomateriais avançados usando uma abordagem ascendente. Existem várias maneiras de controlar o design de partículas coloidais, desde condições experimentais, como pH e temperatura, até controles externos, como luz e campos magnéticos.
Uma abordagem interessante é usar processos mediados por DNA. O DNA se liga às superfícies coloidais e regula a organização dos colóides, proporcionando controle em nível molecular. Estas conexões são reversíveis e podem ser quebradas utilizando condições experimentais padrão (por exemplo, temperatura), permitindo sistemas dinâmicos e adaptáveis. Uma motivação importante é a sua boa biocompatibilidade, que possibilitou aplicações em biomedicina, como administração de medicamentos, biossensorização e imunoterapia.
Equivalentes de átomos programáveis (PAEs) são grandes partículas coloidais cujas superfícies são funcionalizadas com DNA de fita simples, enquanto ligantes separados e muito menores revestidos de DNA, chamados Equivalentes de Elétrons (EEs), vagam em solução e medeiam ligações entre PAEs. Em sistemas PAE-EE típicos, os EEs carregam múltiplas extremidades de DNA idênticas que podem ligar o mesmo tipo de PAE, o que limita a complexidade dos conjuntos e torna mais difícil programar conexões altamente específicas entre diferentes tipos de PAE.
Neste estudo, os pesquisadores investigam como EEs com valência arbitrária, carregando muitos braços de DNA, regulam as interações em uma mistura binária de dois tipos de PAEs. Cada EE possui múltiplas extremidades de DNA de fita simples de dois tipos diferentes, cada uma complementar ao DNA de uma das espécies de PAE. A equipe desenvolve um modelo estatístico mecânico para prever como os EEs se distribuem entre os PAEs e para calcular a interação efetiva, uma medida de quão fortemente os PAEs se atraem, o que por sua vez controla as estruturas que podem se formar.
Usando este modelo, eles informam simulações de Monte Carlo para prever o comportamento do sistema sob diferentes condições. O modelo mostra concordância quantitativa com os resultados da simulação e revela uma dependência anômala das interações PAE-PAE na valência do EE, com interações convergindo para alta valência. É importante ressaltar que os pesquisadores identificam uma valência ideally suited que maximiza a seletividade entre pares de ligação direcionados e não direcionados. Esta pesquisa inovadora fornece princípios de design para automontagem programável e oferece uma estrutura que pode ser integrada à nanociência do DNA.
Quer saber mais sobre esse assunto?
Montagem de partículas coloidais em solução por Kun Zhao e Thomas G. Mason (2018)