En el ADN, los científicos encuentran una solución para diseñar electrónica transformadora

Un posible resultado de estos materiales diseñados podrían ser los superconductores, que tienen resistencia eléctrica cero, lo que permite que los electrones fluyan sin obstáculos. Eso significa que no pierden energía ni generan calor, a diferencia de los medios actuales de transmisión eléctrica. El desarrollo de un superconductor que podría usarse ampliamente a temperatura ambiente -en lugar de a temperaturas extremadamente altas o bajas, como es posible ahora- podría conducir a computadoras hiperrápidas, reducir el tamaño de los dispositivos electrónicos, permitir que trenes de alta velocidad flotar sobre imanes y reducir el uso de energía, entre otros beneficios.

Uno de estos superconductores fue propuesto por primera vez hace más de 50 años por el físico de Stanford William A. Little. Los científicos han pasado décadas intentando que funcione, pero incluso después de validar la viabilidad de su idea, se encontraron con un desafío que parecía imposible de superar. Hasta ahora.

Edward H. Egelman, PhD, del Departamento de Bioquímica y Genética Molecular de la UVA, ha sido un líder en el campo de la microscopía crioelectrónica (crio-EM), y él y Leticia Beltrán, una estudiante de posgrado en su laboratorio, utilizaron crio-microscopía electrónica. Imágenes EM para este proyecto aparentemente imposible. 'Esto demuestra', dijo, 'que la técnica crio-EM tiene un gran potencial en la investigación de materiales'.

Ingeniería a nivel atómico

Una posible forma de hacer realidad la idea de Little para un superconductor es modificar redes de nanotubos de carbono, cilindros huecos de carbono tan pequeños que deben medirse en nanómetros (millonésimas de metro). Pero había un enorme desafío: controlar las reacciones químicas a lo largo de los nanotubos para que la red pudiera ensamblarse con la precisión necesaria y funcionar según lo previsto.

Egelman y sus colaboradores encontraron una respuesta en los mismos pilares de la vida. Tomaron ADN, el material genético que indica a las células vivas cómo operar, y lo utilizaron para guiar una reacción química que superaría la gran barrera contra el superconductor de Little. En resumen, utilizaron la química para realizar una ingeniería estructural asombrosamente precisa: construcción a nivel de moléculas individuales. El resultado fue una red de nanotubos de carbono ensamblados según fuera necesario para el superconductor de temperatura ambiente de Little.

'Este trabajo demuestra que se puede lograr una modificación ordenada de los nanotubos de carbono aprovechando el control de la secuencia de ADN sobre el espacio entre los sitios de reacción adyacentes', dijo Egelman.

La red que construyeron no ha sido probada en cuanto a superconductividad, por ahora, pero ofrece una prueba de principio y tiene un gran potencial para el futuro, dicen los investigadores. 'Si bien la crio-EM se ha convertido en la principal técnica en biología para determinar las estructuras atómicas de conjuntos de proteínas, hasta ahora ha tenido mucho menos impacto en la ciencia de los materiales', dijo Egelman, cuyo trabajo previo lo llevó a ser admitido en el National Academia de Ciencias, uno de los más altos honores que puede recibir un científico.

Egelman y sus colegas dicen que su enfoque guiado por el ADN para la construcción de redes podría tener una amplia variedad de aplicaciones de investigación útiles, especialmente en física. Pero también valida la posibilidad de construir el superconductor de temperatura ambiente de Little. El trabajo de los científicos, combinado con otros avances en superconductores de los últimos años, podría en última instancia transformar la tecnología tal como la conocemos y conducir a un futuro mucho más estilo 'Star Trek'.

'Si bien a menudo pensamos en la biología utilizando herramientas y técnicas de la física, nuestro trabajo muestra que los enfoques que se están desarrollando en biología en realidad pueden aplicarse a problemas de física e ingeniería', dijo Egelman. 'Esto es lo apasionante de la ciencia: no poder predecir hacia dónde conducirá nuestro trabajo'.

El trabajo fue apoyado por el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología del Departamento de Comercio y por la subvención GM122510 de los Institutos Nacionales de Salud, así como por una beca postdoctoral del NRC.