Las máquinas moleculares programables están cada vez más cerca

El interruptor se basa en el origami de ADN, una técnica en la que las cadenas de ADN se pliegan para formar componentes a nanoescala definidos con precisión. Mediante esta técnica, el equipo creó un interruptor de ADN con dos posiciones estables. Basta con un breve pulso eléctrico para que la estructura pase de una posición a otra en milisegundos. A partir de ese momento, permanece en su nueva posición sin necesidad de aportar más energía.

Se trata de un paso importante para el desarrollo de máquinas moleculares. Estos sistemas no solo deben poder conmutarse de forma controlada, sino también funcionar de manera fiable durante largos periodos de tiempo. Esto es precisamente lo que demuestra el nuevo interruptor: en los experimentos, los dispositivos individuales se mantuvieron estables durante horas, resistiendo más de 200 000 ciclos de conmutación y, en una configuración adicional, siguieron mostrando un comportamiento de conmutación robusto incluso tras alrededor de un millón de accionamientos.

Ya se han demostrado dos posibles aplicaciones

«Con nuestro diseño, hemos podido demostrar que un interruptor basado en el ADN no solo puede controlarse de forma rápida y precisa, sino que también tiene una vida útil excepcionalmente larga», afirma el profesor Friedrich Simmel, catedrático de Física de Sistemas Biológicos Sintéticos en la Facultad de Ciencias Naturales de la TUM. «Esto hace que resulte más realista utilizar componentes basados en el ADN como elementos funcionales de las futuras máquinas moleculares».

El equipo de investigación ya ha probado dos posibles aplicaciones. En un montaje experimental, el interruptor se acopló a nanobarras de oro. De este modo, se pudo activar y desactivar una señal óptica en función de la posición del interruptor. En un segundo experimento, el equipo utilizó el interruptor para exponer o proteger alternativamente un sitio de unión para otras cadenas de ADN. Esto permitió controlar la velocidad de este proceso de unión.

Por lo tanto, el estudio va más allá de la simple introducción de un nuevo componente a nanoescala. También sienta las bases para investigar de forma sistemática la durabilidad, el desgaste y los posibles modos de fallo de los interruptores moleculares. El primer autor, Florian Rothscher, afirma: «En el futuro, estos sistemas de ADN controlables eléctricamente podrían resultar de interés para el procesamiento de información molecular, para nanodispositivos ópticos y para el control selectivo de reacciones químicas».

Los experimentos se llevaron a cabo en condiciones controladas de laboratorio y en montajes de medición especializados. Los resultados muestran que el concepto funciona de forma fiable en estas condiciones. Sin embargo, serán necesarias nuevas etapas de desarrollo antes de que sean viables posibles aplicaciones técnicas fuera de dichos entornos de laboratorio.