Imatge de microscòpia electrònica d’escombratge mostrant nanopartícules d’or de 10 nanòmetres alineades en una superfície d’or utilitzant la papiroflèxia de l’ADN.
A més, aquests segments d’ADN es poden fer servir com a “adhesiu” per acoblar altres molècules funcionals o nanomaterials. Així es poden generar estructures de diversos components amb una gran precisió que s’utilitzen per a la creació de superfícies sensores o en sistemes d’encaminament de medicaments, entre altres aplicacions. No obstant això, encara no s’ha aconseguit un mètode per integrar de forma fàcil aquestes estructures d’ADN dins d’altres dispositius microelectrònics.
Ara, un treball liderat pel CSIC, amb la participació de científics de l’Institut de Bioenginyeria de Catalunya (IBEC) i de la Universitat de Barcelona (UB), la majoria d’ells integrats en el Centre d’Investigació Biomèdica en Xarxa de Bioenginyeria, Biomaterials i Nanomedicina (CIBER-BBN), i publicat a la revista Advanced Materials, ha aconseguit un important avenç en aquesta línia. L’equip, liderat per Ramon Eritja, professor d’investigació del CSIC a l’Institut de Química Avançada de Catalunya (IQAC), ha ideat un procés de litografia molecular per crear patrons en superfícies d’or. Aquest procés pot ser implementat en la creació de petits circuits dins dels dispositius microelectrònics.
Doblegar l’ADN com si fos paper
El mètode es basa en l’ús de la tècnica de la papiroflèxia l’ADN (en anglès DNA origami), en la qual es parteix d’una gran cadena d’ADN d’origen viral que es va plegant de manera natural gràcies a altres petits segments d’ADN (oligonucleòtids) que actuen com si fossin grapes, fins a obtenir dissenys diversos. D’aquí ve precisament el seu nom, pres del tradicional art oriental que crea figures plegant un full de paper en diferents formes.
Les estructures obtingudes poden emprar-se com a plantilles per col·locar proteïnes, nanopartícules, enzims o qualsevol altra molècula funcional seguint un patró predeterminat.
Usant aquesta tècnica, els científics han fixat primer, en una superfície d’or, un conjunt de molècules d’ADN d’uns 10 micròmetres quadrats que conté uns 250 segments d’ADN de forma ordenada. Entre cada un dels segments d’ADN hi ha una distància de pocs nanòmetres.
Per a la generació del patró -en aquest cas, una línia- s’han modificat 12 dels 250 oligonucleòtids grapa amb un compost químic (un grup tiol) que reacciona amb la superfície d’or. No obstant això, es podria “dibuixar” qualsevol altra forma com a patró. “D’aquesta forma, aquestes molècules marcades d’ADN i només aquestes reaccionen quan són fixades sobre la superfície d’or, que és la base habitual dels microdispositius”, explica Ramon Eritja, científic del CSIC a l’Institut de Química Avançada de Catalunya.
Quan les molècules d’ADN marcades s’han unit a la superfície d’or, s’eliminen les altres que no estan marcades, així com l’ADN viral. És així com s’aconsegueix transferir a la superfície d’or el patró lineal d’oligonucleòtids, els qual, al seu torn, pot atraure i unir nanomaterials funcionalitzats amb cadenes complementàries a les grapes d’ADN.
És com crear un segell o un tampó, que es pot integrar en els processos de fotolitografia que s’usen habitualment per a crear circuits microelectrònics, i que permet “estampar” i integrar, sobre les superfícies d’or dels circuits, estructures o patrons d’ADN a una escala inferior als 10 nanòmetres. Una cosa que fins ara no s’havia pogut aconseguir.
Aplicacions
La tecnologia actual permet sintetitzar i marcar centenars d’oligonucleòtids amb gran rapidesa, el que permetria traslladar aquest mètode a escala industrial.
Aquest mètode permet l’obtenció de superfícies amb moltes molècules disposades de forma ordenada, seguint patrons moleculars de mida nanomètrica. Aquestes superfícies es podrien utilitzar per crear circuits més petits que els actuals (per exemple, llapis de memòria amb una capacitat 100 vegades més gran que els actuals) o superfícies sensores d’alta resolució. En aquesta última aplicació, es podria aprofitar la petita grandària dels patrons obtinguts per incorporar de forma ordenada molts sensors en una superfície molt petita. Així, per exemple, es podria analitzar un centenar de substàncies en una plaqueta d’or més petita que una cèl·lula.
—
Article de referència:
DNA origami-driven lithography for patterning on gold surfaces with sub-10 nanometer resolution. Gállego, I., Manning, B., Prades, J.D., Mir, M., Samitier, J., Eritja, R. Adv. Materials, 2017. doi: 10.1002/adma.201603233
