De acordo com a Universidade de Columbia, os pesquisadores estão redefinindo os limites da impressão 3D usando DNA para automontar estruturas complexas em nanoescala, abrindo as portas para um futuro em que dispositivos microscópicos podem ser fabricados de forma mais rápida, barata e com maior funcionalidade do que nunca. Parte do trabalho foi publicada na Nature e a outra na ACS Nano.
Na vanguarda está o Professor Oleg Gang, engenheiro químico da Columbia Engineering e líder do Centro de Nanomateriais Funcionais do Laboratório Nacional de Brookhaven. “Agora podemos construir as complexas organizações 3D prescritas a partir de nanocomponentes automontados, uma espécie de versão em nanoescala do Empire State Building”, disse Gang.
Em vez de depender de métodos convencionais de cima para baixo, como a fotolitografia, que podem ter dificuldades com recursos 3D e frequentemente exigem fabricação lenta e em série, o laboratório de Gang utiliza a automontagem de baixo para cima guiada por DNA. Este método de “impressão 3D de última geração” constrói dispositivos em paralelo — de forma rápida e sustentável, usando ambientes à base de água.
No centro dessa inovação estão minúsculos voxels — octaedros mecanicamente robustos, baseados em DNA, que se encaixam como peças de um quebra-cabeça em nanoescala. Usando um algoritmo personalizado chamado MOSES (Mapping Of Structurally Encoded Assembly), a equipe de Gang consegue fazer engenharia reversa dessas peças a partir de uma estrutura desejada, simplificando o processo de design como um software nano-CAD. “Ele dirá qual voxel de DNA usar para criar uma estrutura tridimensional específica, definida arbitrariamente e ordenada hierarquicamente”, disse Gang.
Cada voxel também pode transportar “nanocarga” — como nanopartículas de ouro ou materiais sensíveis à luz —, adaptando as propriedades da estrutura final para aplicações como óptica, biossensores e computação neuromórfica. Em colaborações recentes, a equipe utilizou esse método para criar um sensor de luz 3D e estruturas para computação óptica. Uma vez montados, alguns dispositivos foram até mesmo “mineralizados”: estruturas de DNA foram revestidas com sílica e, em seguida, tratadas termicamente para criar versões inorgânicas duráveis.
“Estamos a caminho de estabelecer uma plataforma de nanofabricação 3D de baixo para cima”, disse Gang. “Vemos isso como uma ‘impressão 3D de próxima geração’ em nanoescala.”
Ao imitar sistemas biológicos e aproveitar o comportamento previsível de dobramento do DNA, a equipe de Gang está proporcionando um controle sem precedentes em escala atômica. Suas estruturas automontáveis — confirmadas por microscopia avançada de raios X e eletrônica — apontam para um futuro de nanofabricação de alta velocidade e ecologicamente correta, com amplas aplicações industriais.
Nas palavras de Gang: “Esta é uma plataforma aplicável a muitos materiais com muitas propriedades diferentes: biológicas, ópticas, elétricas, magnéticas”. E com o DNA como base, o único limite é o design. Para saber mais sobre a plataforma acesse o site.
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