Movimentos peristálticos autônomos… de um gel polimérico!

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Não, não se trata de um episódio de seriado de ficção científica. Lembra do post anterior sobre sistemas longe do equilíbrio e como as flutuações afetam a sua evolução? Pois é, não são apenas seres vivos que podem ser evocados como exemplos de estruturas dissipativas (na verdade, muitas estruturas organizadas do universo podem ser classificadas como tal). Na década de 1950, o químico russo Boris Belousov descobriu que uma combinação de ferroína e determinados bromatos, sulfatos e ácidos numa concentração específica resultam em uma reação química oscilatória. O filme abaixo ilustra bem esse processo: observe que após o início da reação, há a formação de círculos que se expandem de forma padronizada e só desaparecem quando todo o reagente é consumido.



Por não saber explicar esse fenômeno, Belousov teve seu trabalho rejeitado por editores de revistas científicas da época, e acabou publicando seus dados em uma revista pouco respeitada. Em 1961, o estudante de pós-graduação Anatol Zhabotinsky redescobriu essa reação, e por isso ela é atualmente chamada reação de Belousov-Zhabotinsky, ou reação BZ. Hoje, à luz de trabalhos como o de Ilya Prigogine, sabe-se que essa reação pode ser explicada como um sistema longe do equilíbrio termodinâmico e as estruturas circulares formadas na reação são exemplos de estruturas dissipativas. Cada cor corresponde a um composto formado na reação. Fica fácil ver que os círculos são formados porque os compostos são produzidos de forma cíclica (ou seja, de forma oscilatória).
Cientistas japoneses acharam uma forma muito criativa de usar a reação BZ para gerar movimento peristáltico em géis de poliacrilamida, tal qual aquele feito por organismos vivos. A poliacrilamida é um polímero que responde às mudanças de calor, inchando ou desinchando conforme a temperatura do ambiente. Pois bem, na reação BZ ocorre a liberação de calor durante a formação dos produtos. Como a reação BZ é cíclica, a liberação de calor também é cíclica. Você já adivinhou a ideia dos japoneses? Sim, eles imergiram uma solução aquosa contendo quase todos os reagentes da reação BZ num gel de poliacrilamida. Ao adicionar os reagentes que faltavam, a reação começou, gerando ondas cíclicas de calor induzidas pela reação BZ. Essas ondas de calor produziram inchamentos e desinchamentos periódicos no gel, tal qual um movimento peristáltico.

poliacrilamida 1.jpg

Esse movimento peristáltico possibilitou o transporte de pequenos objetos de forma controlada. Observe o cilindro na figura abaixo – ele se movimenta rolando. É como deslizar o dedo ao longo de um canudinho para empurrar para fora todo o resto de suco que há dentro dele, só que, ao invés de deslizar o dedo de forma contínua, você vai apertando o canudinho ao longo de toda a sua extensão – ao fazer isso, você está gerando movimentos peristálticos que vão empurrando o resto de suco para fora.

poliacrilamida 2.jpg

No futuro, essa idéia poderia ser aperfeiçoada e empregada no desenvolvimento de nanomáquinas capazes de transportar matéria de forma autônoma. Genial, não é?
Agradecimento ao Prof. Paulo Netz, pela leitura crítica desse texto
Maeda, S., Hara, Y., Yoshida, R., & Hashimoto, S. (2008). Peristaltic Motion of Polymer Gels Angewandte Chemie International Edition, 47 (35), 6690-6693 DOI: 10.1002/anie.200801347

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Discussão - 4 comentários

  1. Paula disse:

    Eu adorei o vídeo! E que doido esse uso da reação BZ associado ao gel de poliacrilamida, hein? Pena que não tem vídeo disso…

  2. Fernanda Poletto disse:

    Pois é, eu achei muito bem bolado esse trabalho. Pena que não tem um filme para mostrar o transporte do cilindro no gel (mesmo que fosse do próprio esquema desenhado por eles, já estaria valendo!)

  3. Luís Brudna disse:

    Tem um vídeo bem interessante sobre isso.
    http://www.emsintese.com.br/2009/robo-quimico/
    Tem outro, com conceito semelhante, que usaram diferentes tipos de luz.
    http://www.emsintese.com.br/2008/polimero-lagarta/

  4. maria disse:

    que legal, adorei!

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