Scienze

Le nano gru molecolari, a base di DNA

I robot in miniatura sollevano particelle con arti prensili e, procedendo su una guida, le consegnano nel punto desiderato. Piccoli ma precisi: l'80% dei trasporti va a buon fine.

Immaginate un aiutante robotico che giri per casa a raccogliere i calzini sparsi sul divano, metta la spesa in ordine nel frigo e divida il bucato per colori.

Un gruppo di ricercatori del California Institute of Technology ha ideato robot in miniatura capaci di sollevare microparticelle e spostarle in un punto desiderato: nano aiutanti realizzati con singoli filamenti di DNA, in grado di camminare su guide molecolari, avventurarsi in ambienti incredibilmente piccoli dove l'uomo non può arrivare e lì operare come cargo automatizzati.

Anupama J. Thubagere e colleghi hanno ottenuto il prototipo di robot molecolare assemblando tre "blocchi" principali, composti ciascuno da una manciata di nucleotidi (le unità ripetitive di cui si compone il DNA): una "gamba" con due "piedi", un "arto" provvisto di "mano", e un segmento di base in grado di segnalare alla macchina il punto esatto di rilascio del carico.

Sollevamento carichi: un nano robot all'opera in una illustrazione artistica. © Ella Maru Studio (www.scientific-illustrations.com)

Perché il DNA? Il materiale di partenza - il DNA - è stato scelto perché ha caratteristiche chimico-fisiche ben conosciute e programmabili. Un singolo filamento è costituito da quattro diversi tipi di mattoni (i nucleotidi) composti dalle basi azotate adenina, guanina, citosina e timina, che si combinano in modo complementare e specifico (A con T, C con G).

Giocando con le sequenze si può decidere quale parte della macchina si legherà ad un'altra, quanto velocemente si sposterà il robot e quanta energia impiegherà: in altre parole, lo si può comandare.

In prova. Nel lavoro descritto su Science, i ricercatori hanno messo a punto un nano-cargo capace di esplorare una superficie molecolare e raccogliere due diversi tipi di molecole fluorescenti (rosa e giallo), depositandole in luoghi prestabiliti. Il robot ha raccolto correttamente tre molecole per ciascun colore, deponendole nel punto esatto entro 24 ore. Ogni "passo" ha permesso di spostarsi di 6 nanometri, e ha richiesto 5 minuti di tempo (con l'80% di possibilità di consegna corretta).

Come Lego. I minuscoli postini si costruiscono in maniera modulare: aggiungendo e cambiando "mattoncini", è possibile per esempio aumentare le braccia; anche la piattaforma molecolare su cui i robot si spostano può essere assemblata a piacere (creando "buchi" complementari per far cambiare strada alla macchina o farle lasciare il carico).

Formiche invisibili. In futuro, eserciti di questi piccoli aiutanti potrebbero diventare gli operai di fabbriche molecolari, consegnare farmaci in punti irraggiungibili o a uno specifico segnale, e aiutare a riciclare o disfarsi di materiale molecolare inutile.

15 settembre 2017 Elisabetta Intini
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