ADN y Grafeno

En un enfoque tan genial para unos como inquietante para otros, un grupo de ingenieros moleculares ha encontrado modos de aprovechar al ADN, esa versátil sustancia portadora de información genética, con fines distintos: Controlando secuencias de ADN sintético, estos ingenieros pueden manipular la molécula para formar muchas formas nanométricas distintas.

Esos ingenieros químicos y moleculares, del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) en Cambridge, y la Universidad de Harvard, en Boston, Massachusetts, ambas instituciones en Estados Unidos, han usado ADN plegado para controlar la nanoestructura de materiales inorgánicos. Después de construir nanoestructuras de ADN con formas diversas, utilizaron las moléculas como plantillas para crear patrones nanométricos en hojas de grafeno. Esto podría constituir un paso importante hacia la producción a gran escala de chips hechos de grafeno, un singular material que consiste en una hoja de carbono de un átomo de espesor, y que posee propiedades electrónicas únicas.

Los resultados del nuevo trabajo de investigación y desarrollo proporcionan una nueva herramienta química, con la que es posible programar formas y patrones a escala nanométrica, y así formar circuitos electrónicos, por ejemplo.

La mayoría de estas nanoestructuras de ADN se crean usando un novedoso enfoque técnico desarrollado por el equipo de Peng Yin, Michael Strano, Zhong Jin, Wei Sun, Yonggang Ke, Chih-Jen Shih, Geraldine Paulus, Qing Hua Wang y Bin Mu. Mediante el uso de hebras cortas de ADN sintético, es posible construir complejas nanoestructuras de ADN con formas diseñadas de modo preciso. Cada una de estas hebras actúa como la típica pieza multiuso de un juego de construcción. Conectando unas con otras, es factible construir estructuras bastante sofisticadas.

A la izquierda, el ADN metalizado, en rojo, forma letras sobre una superficie de grafeno. El tratamiento con el plasma de oxígeno graba la forma de las letras en el grafeno, a la derecha. (Imagen: Zhong Jin)

Usando estos segmentos de ADN sintético, el laboratorio de Yin ha creado más de 100 formas nanométricas distintas, incluyendo el alfabeto inglés completo de letras en mayúsculas y muchos emoticonos (o emoticones). Estas estructuras son diseñadas mediante ordenador y se pueden ensamblar con relativa facilidad.

Sin embargo, el ADN tiende a degradarse al quedar expuesto a la luz solar o al oxígeno, y puede reaccionar con otras moléculas, por lo que no resulta ideal como material de construcción de larga duración.

La solución adoptada por el equipo de investigación ha sido transferir la información estructural precisa codificada en el ADN al grafeno, que es más robusto. El proceso químico implicado es bastante simple: Primeramente, se fija el ADN a una superficie de grafeno usando una molécula llamada aminopirina, que es similar en estructura al grafeno. Entonces, la superficie del ADN es recubierta con pequeños conglomerados de plata, lo que permite que se deposite una capa posterior de oro encima de la plata.

Una vez que la molécula queda recubierta en oro, el ADN metalizado y estable puede ser usado como máscara litográfica para un proceso llamado litografía de plasma. El plasma de oxígeno, un "flujo de gas" de moléculas ionizadas que es muy reactivo, se utiliza para erosionar cualquier superficie de grafeno sin protección, dejando como resultado una estructura de grafeno idéntica a la forma del ADN original. Por último, el ADN metalizado se elimina por lavado con cianuro sódico.