Los ingenieros bioquímicos de la Universidad Johns Hopkins han utilizado secuencias de moléculas de ADN para inducir el cambio de forma en geles a base de agua, lo que demuestra una nueva táctica para producir robots "suaves" y dispositivos médicos "inteligentes" que no dependen de cables engorrosos.baterías o ataduras.
El avance de la investigación, supervisado por tres miembros de la facultad de la Facultad de Ingeniería Whiting de la universidad, se detalla en la edición del 15 de septiembre de la revista ciencia .
Los miembros del equipo informaron que su proceso utilizó secuencias de ADN específicas llamadas "horquillas" para hacer que una muestra de hidrogel de un centímetro de tamaño se hinchara a 100 veces su volumen original. La reacción se detuvo luego por una secuencia de ADN diferente, denominada "horquilla terminator. "
Este enfoque podría hacer posible tejer piezas móviles en materiales blandos. Los investigadores han sugerido que su proceso algún día podría desempeñar un papel en la creación de materiales inteligentes, dispositivos metamórficos, actuadores programados complejos y robots autónomos con posibles aplicaciones marinas y médicas.
Para controlar cómo se produce el cambio de forma en diferentes partes del hidrogel objetivo, los investigadores siguieron el ejemplo de la industria informática. Emplearon una técnica de creación de patrones fotográficos similar a la que se utiliza para fabricar microchips diminutos pero intrincados. Varios patrones bioquímicos incrustadosen diferentes regiones del gel se diseñaron para responder a instrucciones específicas de ADN para causar flexión, plegamiento u otras respuestas.
"Las secuencias de ADN pueden considerarse análogas al código de computadora", dijo David H. Gracias, profesor del Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular de la universidad y uno de los dos autores principales del artículo de Science.el software puede dirigir tareas específicas, las secuencias de ADN pueden hacer que un material se doble o expanda de cierta manera en un sitio específico ".
Agregó que esto no es algo inusual en la naturaleza. "El cambio de forma es muy importante en biología", dijo Gracias. "Piense en cómo una oruga se convierte en mariposa".
La otra autora principal del estudio, Rebecca Schulman, es profesora asistente en el mismo departamento. Su grupo de investigación diseña materiales y dispositivos inteligentes utilizando técnicas de nanotecnología de ADN. "Nos ha fascinado cómo las células vivas pueden usar señales químicas para decidircómo crecer o moverse y utilizar la energía química para alimentarse ", dijo." Queríamos construir máquinas que pudieran actuar de manera similar. Nuestra tecnología de fabricación hace posible diseñar dispositivos muy complicados en una variedad de tamaños ".
Thao Vicky Nguyen, experta de Johns Hopkins en la mecánica de polímeros y biomateriales, aportó contribuciones clave a la investigación y fue coautora del artículo ". Utilizando simulaciones por computadora, desarrollamos una regla de diseño para transformar los grandeshinchazón del hidrogel en la respuesta de cambio de forma deseada ", dijo. Nguyen es profesora asociada y becaria de la facultad Marlin U. Zimmerman Jr. en el Departamento de Ingeniería Mecánica".
Para confirmar su capacidad para controlar qué objetivos de hidrogel se activaron, los miembros del equipo utilizaron hidrogeles en forma de flor que respondían a la secuencia de ADN. En cada "flor", se fabricaron dos conjuntos de pétalos y cada conjunto se diseñó para responder solo a uno.de dos secuencias de ADN diferentes. Cuando se exponen a ambas secuencias, todos los pétalos se pliegan en respuesta. Pero cuando se exponen a solo una de las secuencias, solo se pliegan los pétalos que coinciden con esa secuencia.
El equipo también fabricó dispositivos de hidrogel en forma de cangrejo en los que las antenas, las garras y las patas se curvaron en respuesta a su secuencia de ADN coincidente. Los dispositivos de cangrejo permanecieron en su estado activado durante al menos 60 días. Se seleccionó la forma de cangrejoen honor a los populares mariscos que se sirven en el estado natal de la universidad, Maryland.
La nueva tecnología detallada en el ciencia el papel está protegido por una patente provisional obtenida a través de la oficina de Johns Hopkins Tech Ventures de la universidad.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Johns Hopkins . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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