Nanomáquinas: ficção científica ou realidade?

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Agora que já justifiquei porque grey goo é só ficção, vou deixá-lo maluco (por pura diversão) ao afirmar que nanomáquinas existem. Sim, caro leitor, elas EXISTEM! De acordo com o nosso dicionário Aurélio (eu ainda gosto mais do Aurélio, amor antigo), máquina é um “aparelho ou instrumento próprio para comunicar movimento ou para aproveitar, por em ação ou transformar uma energia ou um agente natural”. Sacou? Embora máquinas sejam geralmente consideradas como produtos da mão humana, por que cargas d’água um sistema molecular complexo qualquer que se encaixe nessa definição não pode ser considerado uma máquina, mesmo que seja um produto da evolução natural e não da inteligência humana? Nesse contexto, organelas celulares (como a mitocôndria e o cloroplasto, por exemplo) são máquinas nanométricas excepcionais. E quando pensamos no pesadelo do “grey goo”, esquecemos que o surgimento da vida causou uma revolução na superfície da Terra em proporções ainda maiores (teria sido um “green goo”?). E como as nanomáquinas já existem desde que a vida surgiu – e nós somos produto dessa “nanotecnologia da mãe-natureza” -, elas podem servir de inspiração para desenharmos nanomáquinas artificiais com finalidades planejadas.

O problema nem é tanto construir a estrutura em si, mas fazê-la andar de forma autônoma. Isso exige que um combustível seja convertido em energia mecânica para que a máquina possa realizar trabalho. O combustível das nossas células é uma molécula chamada trifosfato de adenosina (ou ATP, na sigla em inglês). A quebra de uma das ligações fosfato no ATP libera energia química. Essa energia química é utilizada, por exemplo, para contrair os nossos músculos, movimentar os flagelos de bactérias e espermatozóides e até realizar sinapses no cérebro (é daí que vem a expressão queimar fosfato, usada quando “pensamos muito”). A idéia do ATP como combustível inspirou pesquisadores da Pennsylvania State University, que desenvolveram nanomotores simples capazes de converter energia química – estocada em moléculas que atuam como “combustíveis” – em energia mecânica que gera movimento.

De forma resumida, eles construíram um cilindro feito de platina e outro, com dimensões de 2 micrômetros de altura por 370 nanometros de largura. Os cilindros usados eram assimétricos, ou seja, uma metade era composta por platina e a outra metade era de ouro. Os cilindros foram colocados em um tanque com água e peróxido de hidrogênio (ou água oxigenada, para os íntimos) e aí uma reação interessante aconteceu: na ponta do cilindro composta por platina, cada molécula de peróxido de hidrogênio foi quebrada em 1 molécula de oxigênio, 2 elétrons e 2 prótons; na outra ponta composta por ouro, os elétrons e prótons (que se moveram do lado platina para o lado ouro) se combinaram com uma molécula de peróxido de hidrogênio para formar 2 moléculas de água.

O oxigênio formado no lado de platina interrompeu a rede de ligações de hidrogênio da água, reduzindo sua tensão interfacial líquido-vapor. Como o oxigênio foi gerado apenas em um dos lados do cilindro, um gradiente de tensão interfacial foi criado , gerando uma turbulência na água que estava ao redor do cilindro (ou seja, a diferença de tensão interfacial entre a água ao redor de uma ponta e da outra do cilindro fez com que a água fluísse de um lado para o outro). O fluxo da água foi empurrando o cilindro – no fim das contas, a energia química liberada na quebra do peróxido de hidrogênio em oxigênio, prótons e elétrons foi a fonte energética da propulsão dessa nanomáquina. Conforme o cilindro se movia, o gradiente era continuamente restabelecido porque mais oxigênio era continuamente formado a partir de novas moléculas de peróxido de hidrogênio – e a cada geração de oxigênio, o cilindro era empurrado mais um pouco. É claro que o movimento resultante foi aleatório, mas o estudo já é um ponto de partida interessante para desenvolvermos nanomáquinas capazes de movimento autônomo para finalidades específicas. No futuro, a molécula usada como “combustível” provavelmente não será peróxido de hidrogênio, se pensarmos em aplicações biológicas – mas a glicose pode muito bem ser utilizada, tal qual já é pelas nossas células. Quanto à não-aleatoriedade do movimento, o próprio grupo vem estudando alternativas, como o uso do magnetismo.

Referência:

Paxton, W., Kistler, K., Olmeda, C., Sen, A., St. Angelo, S., Cao, Y., Mallouk, T., Lammert, P., & Crespi, V. (2004). Catalytic Nanomotors: Autonomous Movement of Striped Nanorods Journal of the American Chemical Society, 126 (41), 13424-13431 DOI: 10.1021/ja047697z

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