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Nanotecnologia

Biossensores avançam com origami de DNA e tunelamento quântico

Redação do Site Inovação Tecnológica - 05/05/2012

Biossensores usam origami de DNA e tunelamento quântico
Diagrama do sensor baseado em um transístor de efeito de campo que funciona por tunelamento quântico, a capacidade de partículas subatômicas atravessarem barreiras físicas.
[Imagem: Peter Allen/UCSB]

Sensor de transístor

Pesquisadores da Universidade de Santa Bárbara, nos Estados Unidos, projetaram um novo biossensor que funciona com base nos princípios da mecânica quântica.

O conceito promete aumentar em várias ordens de grandeza a sensibilidade dos exames clínicos, detectando biomoléculas em concentrações ultra-baixas.

O novo sensor, que é na verdade uma modificação de um transístor FET por tunelamento, é mais rápido e quatro ordens de magnitude mais sensível do que os sensores atuais.

A tecnologia atual de maior sensibilidade para a detecção de biomoléculas usa procedimentos de detecção óptica.

Usar um sensor baseado em transistores é mais promissor pela possibilidade de miniaturização e de aumento da resolução das medições.

Para isso, a porta de entrada do transístor é retirada, e sua função é suprida pela carga elétrica das moléculas que se deseja medir, que "tunelam" pelo transístor.

Para imobilizar as moléculas, a superfície do transístor é recoberta com receptores específicos, que se ligam às biomoléculas a serem detectadas.

Segundo a equipe, o biossensor de transístor deverá ter um "tremendo impacto na pesquisa de genômica e proteômica, assim como em aplicações farmacêuticas, clínicas e forenses, incluindo o crescente mercado dos exames in-vitro e in-vivo".

Biossensores usam origami de DNA e tunelamento quântico
O DNA estrutura-se sobre o furo original na pastilha semicondutora, fechando-se de forma muito precisa, até deixar um nanofuro perfeito, capaz de "pescar" as moléculas desejadas.
[Imagem: Hendrik Dietz/Ulrich Rant/TUM]

Origami de DNA

Pesquisadores alemães também anunciaram ganhos expressivos nos biossensores.

A diferença é que, em vez de apostar na eletrônica, eles usaram as próprias moléculas biológicas e sua capacidade de automontagem.

Os nanoporos - furos tão finos que apenas moléculas de dimensões muito precisas conseguem passar por eles - estão na base de várias tecnologias recentes na área biomédica.

Foram eles, por exemplo, que viabilizaram o sequenciamento eletrônico do DNA, a filtragem de proteínas e a criação de um sequenciador de DNA para portas USB.

Na mão de Ruoshan Wei, da Universidade de Munique, o DNA virou ferramenta, permitindo a funcionalização de nanoporos de estado sólido.

Um sensor de nanoporo de estado sólido é mais interessante porque, além de usar materiais semicondutores, os furos podem ser feitos usando as técnicas tradicionais da microeletrônica.

Quando as biomoléculas passam através do nanofuro, elas induzem pequenas alterações na eletricidade que flui através do material semicondutor, permitindo a detecção de sua identidade e de suas propriedades físicas.

Usando a técnica do origami de DNA, os cientistas descobriram como configurar com precisão a espessura dos nanoporos.

As moléculas de DNA estruturam-se sobre o furo original na pastilha semicondutora, fechando-se de forma muito precisa, até deixar um nanofuro perfeito, com as dimensões desejadas.

Essa configuração da espessura do nanofuro permitirá a filtragem de moléculas por tamanho em um único dispositivo, uma espécie de peneira seletiva, capaz de identificar e ordenar as moléculas.

Bibliografia:

Artigo: Proposal for tunnel-field-effect-transistor as ultra-sensitive and label-free biosensors
Autores: Deblina Sarkar, Kaustav Banerjee
Revista: Applied Physics Letters
Vol.: 100, 143108
DOI: 10.1063/1.3698093

Artigo: DNA Origami Gatekeepers for Solid-State Nanopores
Autores: Ruoshan Wei, Thomas G. Martin, Ulrich Rant, Hendrik Dietz
Revista: Angewandte Chemie International Edition
Vol.: Article first published online
DOI: 10.1002/anie.201200688






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