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Materiais Avançados

DNA dá vida a materiais inertes

Nik Papageorgiou - EPFL - 21/06/2013

DNA dá vida a materiais inertes
Esta abordagem não se restringe a objetos em escala nano, como outros métodos de automontagem explorados até agora, podendo ser aplicada a toda a gama de dimensões coloidais.
[Imagem: Giuseppe Foffi/EPFL]

Coloides automontantes

Um coloide é uma substância espalhada uniformemente dentro de uma outra substância.

Os exemplos são inúmeros, incluindo leite, isopor, sprays, tintas, espuma de barbear, gel e até mesmo poeira, lama e neblina.

Uma das propriedades mais interessantes dos coloides é a sua capacidade de automontagem, a capacidade para se agregarem espontaneamente em estruturas bem definidas, impulsionadas por nada além de interações locais entre as próprias partículas que formam o coloide.

A automontagem tem atraído grande interesse na indústria, já que ela abre a possibilidade de toda uma série de novas tecnologias, de carreadores de drogas inteligentes no corpo humano até novas tintas que mudam de tonalidade com a luz.

Agora, cientistas da Escola Politécnica Federal de Lausanne, na Suíça, juntamente com colegas do Reino Unido e da França, descobriram uma técnica para controlar e dirigir a automontagem de dois coloides diferentes.

Propriedades dos coloides

Contrariamente às soluções formadas por moléculas distintas, as soluções coloidais são constituídos por partículas de grandes dimensões, dispersas em um solvente líquido.

Esta estrutura incomum dá aos coloides propriedades únicas, tais como o movimento browniano (o movimento aleatório em zigue-zague das partículas colidindo com as moléculas do meio de dispersão), a eletroforese (o movimento unidirecional das partículas sob ação de uma corrente elétrica) e propriedades ópticas, tais como o efeito Tyndall (a luz que entra em um coloide se dispersa e sai com uma cor diferente).

É por causa destas propriedades que os coloides são tão comuns na vida cotidiana.

Mas o que tem realmente atraído a atenção da academia e da indústria para eles é a automontagem.

Automontagem

Com a automontagem, as partículas de um coloide podem formar espontaneamente um arranjo estrutural estável como resultado do formato e da direção dessas partículas conforme elas interagem com o meio de dispersão.

Embora nenhuma força externa seja necessária, a automontagem geralmente ocorre em resposta a uma alteração em um fator ambiental - temperatura ou incidência de luz, por exemplo.

Nos coloides biológicos, como DNA, proteínas e outras macromoléculas, a automontagem é geralmente o primeiro passo para a auto-organização, que está na base de muitas estruturas celulares.

Mas, em termos de tecnologia, os coloides automontantes podem ter uma ampla gama de aplicações.

Lorenzo Di Michele e seus colegas demonstraram agora que, quando as interações entre as partículas de dois coloides diferentes são cuidadosamente controladas, o processo resulta na formação de novas estruturas.

DNA dá vida a materiais inertes
Guiados pelo emparelhamento das bases do DNA, os coloides montam-se de forma programada e autônoma, sem qualquer intervenção a não ser o aumento da temperatura da solução.
[Imagem: Lorenzo Di Michele et al./Nature Communications]

Auto-organização

Especificamente, o grupo descobriu uma maneira de obter estruturas auto-organizadas que dependem fortemente de mudanças na temperatura.

"Em um certo sentido, as novas estruturas têm uma 'memória' de sua história de preparação," disse Giuseppe Foffi, membro da equipe.

Na demonstração da técnica, esferas de poliestireno fluorescentes foram revestidas com diferentes cadeias de DNA - dando-lhes uma aparência "cabeluda" -, que funcionaram como meios de interação das partículas, podendo ser utilizadas para caracterizar as diferentes espécies.

A vantagem de usar cadeias de DNA é que as interações entre as partículas podem ser programadas usando a compatibilidade das sequências de DNA.

Outra propriedade interessante é a sua capacidade de resposta a mudanças bruscas de temperatura, oferecendo um alto grau de especificidade e programabilidade.

Mistura binária

As duas espécies de coloides foram misturadas em uma "mistura binária", onde uma se agrega mais rapidamente, criando assim um andaime estrutural que serve de suporte para a outra se agregar.

Tirando proveito da seletividade do emparelhamento das bases do DNA, os cientistas descobriram ser possível alcançar um nível de controle sem precedentes da morfologia dos coloides.

Os pesquisadores concluíram que esta abordagem não se restringe a objetos em escala nano, como outros métodos de automontagem explorados até agora, podendo ser aplicada a toda a gama de dimensões coloidais.

Eles preveem que esta técnica poderá ter inúmeras aplicações, como por exemplo, criar tintas que reagem à luz ou curativos inteligentes que respondem a alterações de temperatura ou do pH do corpo, podendo então liberar um antibiótico ou antipirético.

Bibliografia:

Artigo: Multistep kinetic self-assembly of DNA-coated colloids
Autores: Lorenzo Di Michele, Francesco Varrato, Jurij Kotar, Simon H. Nathan, Giuseppe Foffi, Erika Eiser
Revista: Nature Communications
Vol.: 4, Article number: 2007
DOI: 10.1038/ncomms3007





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