El hallazgo abre la puerta a una nueva generación de nano-dispositivos electrónicos basados en ADN, así como al desarrollo de nuevos sensores ultra-sensibles y ultra-rápidos para detectar cáncer y diversos patógenos como virus
La necesidad de reducir cada vez más el tamaño de los dispositivos electrónicos ha llevado a científicos de todo el mundo a explorar la posibilidad de utilizar moléculas individuales como elementos básicos de dichos dispositivos. En las dos últimas décadas, se ha investigado incluso la posibilidad de utilizar moléculas de ADN como cables eléctricos, aprovechando sus extraordinarias propiedades de reconocimiento y auto-ensamblaje.
Sin embargo, los experimentos reportados hasta ahora han mostrado resultados contradictorios, lo cual ha impedido comprender cómo se conduce la corriente eléctrica a través del ADN, y si estas moléculas podrían ser la base de una nueva generación de nano-dispositivos electrónicos. El problema principal reside en el enorme reto tecnológico de fabricar de manera reproducible circuitos basados en moléculas de ADN individuales.
Ahora, un equipo multidisciplinar —formado por investigadores de la Universidad Hebrea de Jerusalén, la Universidad de Tel Aviv, la Universidad de Michigan, la Universidad de Chipre, la Universidad de Sevilla, y por el físico Juan Carlos Cuevas de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM)— ha logrado fabricar un nuevo tipo de dispositivo que permite medir la corriente eléctrica de forma reproducible a través de moléculas de ADN.
Así, usando estos dispositivos, los científicos han logrado desvelar finalmente el mecanismo físico mediante el cual el ADN es capaz de conducir la corriente eléctrica a grandes distancias. El descubrimiento, publicado en la revista Nature Nanotechnology, reaviva la posibilidad de desarrollar una nanoelectrónica basada en el ADN, y podría conducir al desarrollo de nuevos sensores ultra-sensibles y ultra-rápidos para detectar cáncer y diversos patógenos.
Nanocirtcuitos de ADN
La primera tarea del equipo fue sintetizar un nuevo tipo de estructura molecular donde moléculas de ADN individuales están ligadas a nano-partículas de oro. En una segunda fase, los investigadores desarrollaron un método basado en campos eléctricos no uniformes para atrapar estas estructuras (o dímeros) entre dos electrodos metálicos que se definen previamente mediante litografía electrónica estándar.
“De este modo, se consiguió fabricar de forma reproducible nanocircuitos eléctricos donde toda la corriente eléctrica pasa a través de una sola molécula de ADN, cuya estructura, o secuencia, se puede escoger a voluntad”, explica Juan Carlos Cuevas, investigador del departamento de Física Teórica de la Materia Condensada de la UAM.
“De ese modo —agrega— pudimos demostrar que las moléculas de ADN conducen la corriente eléctrica a grandes distancias, lo cual es un requisito indispensable para que formen parte de dispositivos electrónicos. Además, con la ayuda de simulaciones teóricas, fue posible comprender los entresijos del mecanismo físico que hace que estas moléculas conduzcan la corriente eléctrica, lo cual es de interés fundamental en disciplinas como biología, física y química”.
Por último, hay que destacar que el hallazgo es también de gran relevancia tecnológica, ya que la técnica experimental introducida en este trabajo podría ser la base para el desarrollo de un nuevo tipo de sensor bio-electrónico que detecte de una forma ultra-rápida y ultra-sensible trozos específicos de ADN o ARN en la saliva o en la sangre.
“Esto podría revolucionar la detección de patógenos como virus, ya que en la actualidad está basada en métodos como la PCR (polymerase chain reaction) que son relativamente lentos y requieren grandes cantidades de esos ácidos nucleicos”, concluye el investigador.
Referencia bibliográfica:
R. Zhuravel, H. Huang, G. Polycarpou, S. Polydorides, P. Motamarri, L. Katrivas, D. Rotem, J. Sperling, L.A. Zotti, A.B. Kotlyar, J.C. Cuevas, V. Gavini, S.S. Skourtis, and D. Porath. 2020. Backbone Charge Transport in Double Stranded DNA. Nature Nanotechnology. DOI: 10.1038/s41565-020-0741-2.
