Científicos de la Facultad de Medicina de la Universidad de Virginia y sus colaboradores han utilizado el ADN para superar un obstáculo casi insuperable para diseñar los materiales que revolucionarían la electrónica.

Un posible resultado de estos materiales de ingeniería podrían ser los superconductores, que tienen una resistencia eléctrica cero, lo que permite que los electrones fluyan sin obstáculos. Esto significa que no desperdician energía ni generan calor, a diferencia de los medios de transmisión eléctrica actuales. Desarrollo de un superconductor que podría usarse ampliamente a temperatura ambiente, en lugar de a temperaturas extremadamente altas o temperaturas bajascomo ahora es posible- podría dar lugar a ordenadores ultrarrápidos, reducir el tamaño de los dispositivos electrónicos, permitir Trenes de alta velocidad flotan sobre los imanes y reducen el consumo de energía, entre otros beneficios.

Tal superconductor fue propuesto por primera vez hace más de 50 años por el físico de Stanford William A. Little. Los científicos pasaron décadas tratando de hacer que funcionara, pero incluso después de validar la viabilidad de su idea, se encontraron con un desafío que parecía imposible de superar. Hasta aquí.

Edward H. Egelman, Ph.D., del Departamento de Bioquímica y Genética Molecular de la UVA, fue un líder en el campo de la crio-microscopio de electrones (cryo-EM), y él y Leticia Beltran, una estudiante de posgrado en su laboratorio, utilizaron imágenes crio-EM para este proyecto aparentemente imposible. «Demuestra», dijo, «que la técnica crio-EM tiene un gran potencial en la investigación de materiales».

Ingeniería a Nivel Atómico

Una forma posible de realizar la idea de Little de un superconductor es modificar conjuntos de nanotubos de carbono, cilindros huecos de carbono tan pequeños que deben medirse en nanómetros, mil millonésimas de metro. Pero había un gran desafío: controlar reacciones químicas a lo largo de los nanotubos para que la matriz se pueda ensamblar con la precisión necesaria y funcione según lo previsto.

Egelman y sus colaboradores encontraron una respuesta en los mismos componentes básicos de la vida. Tomaron el ADN, el material genético que le dice a las células vivas cómo funcionar y lo usó para guiar una reacción química que superaría la Gran Barrera Superconductora de Little. En resumen, utilizaron la química para lograr una ingeniería estructural asombrosamente precisa: construir al nivel de moléculas individuales. El resultado fue una serie de nanotubos de carbono ensamblados según las necesidades del superconductor a 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 aún no ha sido probada para la superconductividad, 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 técnica principal en biología para determinar las estructuras atómicas de los ensamblajes de proteínas, hasta ahora ha tenido un impacto mucho menor en ciencia de los Materialesdijo Egelman, cuyo trabajo anterior lo llevó a ingresar a la Academia Nacional de Ciencias, uno de los más altos honores que puede recibir un científico.

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

«Si bien a menudo pensamos en la biología usando herramientas y técnicas de la física, nuestro trabajo muestra que los enfoques desarrollados en biología pueden, de hecho, aplicarse a problemas de física e ingeniería», dijo Egelman. «Eso es lo que es tan emocionante de la ciencia: no poder predecir a dónde nos llevará nuestro trabajo».

Los investigadores publicaron sus hallazgos en la revista La ciencia.