Por que a bateria do seu laptop viciou…


ETH Zurich

Por que as baterias de íon de lítio falham

 IMAGEM: Partículas de um eletrodo de óxido de estanho, passando por mudanças estruturais durante o carregamento (1 a 3) e descarregamento (3 e 4).

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As baterias de íon de lítio estão presentes em nossos telefones celulares, laptops e câmeras digitais. Existem poucos dispositivos eletrônicos portáteis que não dependam dessas fontes de energia. Atualmente, os eletrodos das baterias contém materiais ativos conhecidos como compostos de intercalação. Esses materiais armazenam carga em suas estruturas químicas sem sofrerem uma mudança estrutural substancial. Isto torna essas baterias comparativamente duráveis e seguras. No entanto, esses materiais de intercalação têm uma limitação: a pequena densidade de energia, a quantidade de energia que pode ser armazenada por unidade de volume e massa.

Na procura poe baterias com mais densidade de energia, os cientistas realizaram experiências por mais de 20 anos com materiais capazes de fazerem e desfazerem liga com o lítio repetitivamente. As experiências em escala de laboratório mostraram que baterias feitas com esses materiais possuem densidades de energia muitas vezes superiores às dos materiais de intercalação; no entanto, esses materiais que fazem ligas ainda não são muito empregados pela indústria porque sua duração é limitada. Martin Ebner, estudante de Ph.D. no Laboratório de Nanoeletrônica do Departamento de Tecnologia da Informação e Engenharia Elétrica (D-ITET) explica: “sua capacidade tipicamente se atenua após um par de ciclos carga-descarga”. Isto é atribuído a uma enorme expansão – de até três vezes – do material do eletrodo durante o carregamento. Durante o descarregamento, o material se contrai novamente, mas não volta a seu estado original. As partículas do eletrodo se separam, a estrutura do eletrodo se desintegra e os fragmentos perdem o contato com o restante da célula.

Observando as baterias durante o funcionamento com raios-x

Para compreender melhor a complexa degradação eletroquímica e mecânica do eletrodo, bem como obter novos dados para o desenvolvimento de baterias melhores, Martin Ebner e a Professora Vanessa Wood do ETH, chefe do Laboratório de Nanoeletrônica do D-ITET, perceberam a necessidade de estudar o funcionamento de um eletrodo de bateria com um processo não invasivo. Dessa forma, eles se voltarm para um instrumento de imageamento desenvolvido pelo Professor Marco Stampanoni do ETH. O Professsor Stampanoni, é catedrático no Instituto de Engenharia Biomédica do D-ITET e opera o feixe de raios-x para tomografia microscópica da Fonte de Luz Suíça, a instalação de síncrotron no Instituto Paul Scherrer. A radiação síncrotron de raios-x, de espectro puro e intensa, permite a rápida aquisição de imagens de raios-x de alta definição que podem ser montadas por computação em filmes tridimensionais.

Os pesquisadores observaram o interior da bateria enquanto ela carregava e descarregava ao longo de 15 horas. Com isso conseguiram montar filmes inéditos que registraram os mecanismos de degradação que ocorrem nas baterias e quantificaram os processos que acontecem com cada uma das milhares de partículas dos eletrodos. Os resultados deste estudo serão publicados na Science; uma versão pré-impressão está disponível online na Science Express.

Mudanças estruturais irreversíveis

Os dados mostram que as partículas de óxido de estanho (SnO) se expandem durante o carregamento devido ao influxo de íons de lítio, o que causa um aumento no volume das partículas. Os cientistas demonstram que a litificação acontece em um processo de fora para dentro, que progride da superfície da partícula até seu núcleo. O material que sofre esta reação, se expande linearmente com a carga armazenada. As imagens de raios-x mostram que o carregamento destrói a estrutura da partícula de modo irreversível, formando rachaduras dentro das partículas. “A formação de rachaduras não é aleatória”, enfatiza Ebner. As rachaduras crescem em locais onde a retícula do cristal contém defeitos pré-existentes. Durante o descarregamento, o volume das partículas diminui; entretanto, o material não volta a seu estado original; portanto, o processo não é completamente reversível.

A mudança de volume das partículas individuais acarreta a expansão de todo o eletrodo, de 50 micrômetros até 120 micrômetros. Porém, durante o descarregamento, o eletrodo só se contrai até 80 micrômetros. Esta deformação permanente do eletrodo demonstra que o polímero agregante que une o eletrodo, ainda não está otimizado para materiais de grande expansão volumétrica. Isto é algo crítico para o desempenho de uma bateria, porque a deformação do agregante faz com que as partículas fiquem desconectadas do eletrodo e  bateria perca capacidade.

Além de demonstrar que a microscopia tomográfica por raios-x permite a observação de mudanças morfológicas nas partículas e eletrodos, os pesquisadores demonstraram que esta técnica pode também ser empregada para a obtenção de informações químicas quantitativas e com resolução espacial. Por exemplo, os pesquisadores analisaram a composição química por todo o eletrodo, para procurar por diferenças na dinâmica de litificação ao nível das partículas individuais e comparar isto ao comportamento médio das partículas. Esta abordagem é essencial para a compreensão da influência do tamanho e formato das partículas e a homogeneidade do eletrodo sobre o desempenho da bateria.

Tais vislumbres do funcionamento da bateria não seriam possíveis sem o dispositivo avançado de tomografia com raios-x da Fonte de Luz Suíça. “A visualização das baterias durante o funcionamento era praticamente impossível até os recentes avanços na tomografia por raios-x. Graças às instalações de qualidade mundialmente reconhecidas, desenvolvidas pelo Professor Stampanoni e sua equipe, fomos capazes de observar a bateria funcionando”, acrescenta entusiasticamente Wood.

Alternativas para os materiais cristalinos

Os pesquisadores escolheram o óxido de estanho como material modelo porque ele passa por uma série de transformações complexas, também presentes em outros materiais, o que permite uma compreensão mais profunda do comportamento de vários materiais para baterias. Essas observações fornecem a base para o desenvolvimento de novos materiais para eletrodos e estruturas de eletrodos que sejam tolerantes a expansão volumétrica. Para o Prof. Wood, os resultados de seu trabalho indicam os benefícios do uso de materiais amorfos ou com nano-estrutura, em lugar dos cristalinos. “Na busca por novos materiais, se deve ter em mente que eles só têm interesse para a indústria se puderem ser produzidos em largas quantidades e a baixo custo. Mesmo assim, os materiais amorfos e de nano-estrutura oferecem um campo grande o suficiente para inovações”, enfatiza Wood.

 

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Referencia

Ebner M, Marone F, Stampanoni M, Wood V. Visualization and quantification of electrochemical and mechanical degradation in Lithium ion batteries. Science Express, publicado online em 17 de outubro de 2013.

Grafeno já era!… Conheça o Carbyno


Rice University

Nota do tradutor: o nome “Carbyne” em inglês pode ter vários significados. No caso específico, “carbyne” se refere ao (teoricamente possível) poliacetileno (-C≡C-)n e eu chamei de “carbyno”, fazendo um aportuguesamento do termo em inglês, com “y” e tudo.

O tradutor também deseja enfatizar que observou que este “press-release” é exageradamente bombástico, ao descrever uma substância que, apesar de ser teoricamente possível, ainda não foi sintetizada em quantidades suficientes para testar na prática as qualidades apregoadas, e a “American Chemical Society” é chegada a apregoar “progressos” que acabam não dando em nada…

O novo campeão dos Carbonos

Os teóricos da Universidade Rice calculam que as cadeias de carbyno, com um átomo de espessura, pode ser o material mais forte que pode existir

 IMAGEM: Concepção artística da aparência de uma cadeia de carbyno.

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HOUSTON – (9 de outubro de 2013) – O Carbyno será o mais forte de toda uma nova classe de materiais microscópicos, quando e se alguém puder sintetizá-lo em grande escala.

Se conseguirem, vão descobrir que as nano-hastes ou nano-cordas têm uma pletora de propriedades notáveis e úteis, tal como descreve um novo artigo do físico teórico Boris Yakobson, da Universidade Rice, e seu grupo. O artigo será publicado nesta semana na publicação Nano da American Chemical Society.

O Carbyno é uma cadeia de átomos de carbono ligada por ligações, ou duplas, ou, alternadamente, simples e triplas. Isso o faz um material realmente unidimensional, diferentemente das folhas de grafeno, com um único átomo de espessura, que têm um topo e um fundo, ou nano-tubos ocos que têm um lado de dentro e outro de fora.

De acordo com o retrato traçado pelos cálculos de Yakobson e seu grupo:

  • A resistência à tração – a capacidade de suportar o esticamento – supera “a de qualquer outro material conhecido” e é o dobro da do grafeno. (Os cientistas já calcularam que seria necessário um elefante, se equilibrando em cima de um lápis, para perfurar uma folha de grafeno)
  • Seu módulo de elasticidade (Young) é o dobro do grafeno e dos nano-tubos de carbono, e cerca de três vezes o do diamante.
  • Esticar o carbyno tão pouco como 10%, altera sua banda proibida (electronic band gap) significativamente.
  • Se for dotado de alças moleculares em suas extremidades, também pode ser torcido para alterar sua banda proibida. Com uma rotação de 90 graus, ele se torna um semi-condutor magnético.
  • Cadeias de carbyno podem receber moléculas colaterais, o que pode torná-las capazes de armazenar energia.
  • O material é estável a temperatura ambiente, resistindo bem à reticulação com cadeias próximas.

Isto é um notável conjunto de qualidades para uma simples cadeia de átomos de carono, como diz Yakobson.

“Se pode encará-lo como uma fita de grafeno extremamente fina, reduzida a um único átomo, ou um nano-tubo extremamente fino”, diz Yakobson. Poderia ser útil para sistemas nano-mecânicos, em dispositivos spintrônicos, como sensores, como materiais leves e fortes para aplicações mecânicas, ou para armazenagem de energia.

“Quaisquer que sejam as aplicações”, prossegue ele, “em termos acadêmicos é muito instigante conhecer a mais forte molécula possível”.

Com base nos cálculos, ele declara que o carbyno pode ser o mais alto estado de energia possível para o carbono estável. “Usualmente nos preocupamos em encontrar o “estado fundamental“, a configuração de átomos com a menor energia possível”, explica Yakobson. “No caso do carbono, este seria a grafite, seguida pelo diamante, nano-tubos e, por fim, fulerenos. Porém, ninguém se pergunta sobre a mais alta configuração de energia. Acreditamos que esta possa sê-lo, uma estrutura estável com a maior energia possível”.

As teorias sobre o carbyno começaram a aparecer no século XIX e a primeira tentativa de sintetizá-lo foi feita na URSS em 1960. Desde então, o carbyno tem sido observado em grafite comprimida, foi detectado em poeira interestelar e foi criado em pequenas quantidades pelos cientistas experimentais.

“Eu sempre me interessei pela estabilidade de fios ou qualquer outra coisa extremamente finos, e o quão fina uma haste se pode fazer com uma determinada substância química”, diz Yakobson. “Nós publicamos um artigo, há 10 anos, sobre silício, no qual explorávamos o que acontece com um nano-fio de silício na medida em que fica mais fino. Para mim, isto era apenas parte da mesma pergunta”.

Os pesquisadores da Rice, sob a liderança do estudante de pós-graduação Mingjie Liu e o pesquisador pós-doutorado Vasilii Artyukhov, tinham conhecimento de vários artigos que descreviam uma ou outra propriedade do carbyno. Eles se dispuseram a detalhar o  carbyno com modelos de computação, usando regras de lógica de primeira ordem pra estabelecer as interações energéticas dos átomos, segundo Artyukhov.

 IMAGEM: Nano-cordas ou nano-hastes de carbyno, uma cadeia de átomos de carbono, seriam mais fortes do que o carbeno ou o diamante (se puderem ser manufaturadas).

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“Nossa intenção era reunir tudo, construir um quadro mecânico completo do carbyno como material”, disse Artyukhov. “O fato dele ter sido observado nos diz que ele ao menos é estável sob tensão, senão simplesmente teria sido destruído”.

Yakobson diz que os pesquisadores ficaram surpresos em encontrar uma fixa proibida no carbyno tão sensível à torção. “Ele vai ser útil como um sensor para torção ou campos magnéticos, se conseguirmos um meio de fixá-lo a alguma coisa que o faça se enrolar”, diz ele. “Nós não estávamos procurando especificamente por isto; foi algo que surgiu como um produto colateral”.

“Isso é o que é bom em estudar as coisas cuidadosamente”, acrescenta Artyukhov.

Outra descoberta de grande interesse é a barreira de energia que impede os átomos em cadeias de carbono adjacentes de colapsarem umas sobre as outras. “Quando se fala de material teórico, é sempre bom ser cuidadoso para verificar se ele reage com ele próprio”, diz Artyukhov. “Isto nunca tinha sido realmente investigado para o carbyno”.

A literatura parecia indicar que o carbyno “não era estável e se desfaria em grafite ou fuligem”, diz ele.

Ao contrário, os pesquisadores descobriram que os átomos de carbono em cadeias separadas poderiam sobrepujar a barreira em um ponto, mas a rigidez das hastes iria impedir que elas se juntassem em outro local, ao menos em temperatura ambiente. “Iriam ficar parecidas com asas de borboleta”, disse Artyukhov.

“Novelos poderiam ficar grudados, mas não colapsariam inteiramente”, acrescenta Yakobson. “Isso poderia criar uma rede, altamente porosa e randômica, que poderia ser boa para adsorção”. Artyukhov diz que a área específica do carbyno é cerca de cinco vezes a do grafeno.

[Nota do tradutor: Alerta para hype escandaloso!] Quando o artigo da equipe ficou disponível neste verão nos arXiv, os noticiários científicos e mesmo alguns noticiários populares ficaram tão entusiasmados com os cálculos que começaram a especular sobre o artigo e suas implicações, antes que a equipe o submetesse à revisão por pares. Agora que o artigo inteiro está pronto para a publicação, os pesquisadores dizem que vão levar suas investigações em novas direções.

Eles estão examinando mais rigorosamente a condutividade do carbyno e cogitando também sobre outros elementos. “Conversamos sobre examinarmos diferentes elementos da tabela periódica para ver se alguns deles podem formar cadeias unidimensionais”, disse Yakobson.

 

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O estudante de pós-graduação da Rice, Fangbo Xu e o ex-pesquisador pós-doutorado, Hoonkyung Lee, agora professor da Universidade Konkuk na Coréia do Sul, são os co-autores do artigo.

Extrato do artigo em http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nn404177r

Armazenar gás carbônico em rochas?…

Via EurekAlert:
The Earth Institute at Columbia University

Rochas poderiam ser mobilizadas para absorver vastas quantidades de CO2 do ar, diz estudo

Processo proposto aceleraria uma reação natural um milhão de vezes



Grandes áreas do deserto de Oman são cobertas com carbonatos mineralizados, oriundos da reação do CO2 com rochas do manto.
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Cientistas dizem que um tipo de rocha encontrada na superfície ou em suas  proximidades no Meio-Leste da nação de Oman e em outras áreas pelo mundo, pode ser mobilizada para absorver enormes quantidades do gás de efeito estufa dióxido de carbono. Seus estudos mostram que a rocha, conhecida como peridotito,  reage naturalmente com o CO2, em taxas surpreendentemente altas, formando minerais sólidos — e que o processo pode ser acelerado em um milhão de vezes, ou mais, com métodos simples de perfuração e injeção. O estudo será publicado na edição desta semana de Proceedings of the National Academy of Sciences.

Peridotito compreende a maior parte ou quase toda a rocha no manto que fica por baixo da crosta terrestre. Ela começa a cerca de 20 quilômetros ou mais abaixo, porém, ocasionalmente, pedaços são exumados quando as Placas Tectônicas colidem e empurram o manto para a superfície, como acontece em Oman. Os geólogos já sabiam que, quando exposta ao ar, a rocha podia reagir rapidamente com o CO2, formando um carbonato sólido tal como o calcário ou o mármore. Entretanto, esquemas para transportá-la até usinas de energia, moê-la e combiná-la com os gases das chaminés tinham sido encarados como caros demais ou com baixo retorno energético. Os pesquisadores alegam que a descoberta de altas taxas de reação subterrânea, anteriormente ignoradas, significa que o CO2 pode ser enviado para lá artificialmente e com um custo muito menor. “Este método propiciaria um processo de baixo custo, seguro e permanente para capturar e armazenar o CO2 da atmosfera”, afirma o autor principal, o geólogo Peter Kelemen.

Kelemen e o geoquímico Juerg Matter, ambos do Observatório da Terra Lamont-Doherty da Universidade de Colúmbia, fizeram esta descoberta durante trabalhos de campo no deserto de Oman, onde trabalharam por anos a fio. Sua área de estudos, uma área do tamanho de Massachusetts (ou seja, de Alagoas), praticamente nua, de peridotito exposto, é recruzada na superfície com terraços, veios e outras formações de minerais carbonatados, formados rapidamente em eras recentes, quando os minerais na rocha reagiram com o ar ou a água repletos de CO2. Até 10 vezes mais carbonatos jazem em veios subterrâneos; mas se pensava, antes, que esses veios fossem formados por processos sem conexão com a atmosfera e que fossem tão antigos como a rocha, com seus 96 milhões de anos. Entretanto, usando a datação convencional com isótopos de carbono, Kelemen e Matter demonstraram que os veios subterrâneos são também bem jovens —  26.000 anos em média — e ainda estão sendo ativamente criados, à medida em que as águas ricas em CO2 na superfície percolam em direção ao fundo. Várias amostras subterrâneas foram convenientemente expostas em cortes recém abertos em estradas. Ao final, Kelemen e Matter estimam que o peridotito de Oman esteja absorvendo naturalmente entre 10.000 a 100,000 toneladas de carbono por ano — muito mais do que qualquer um poderia pensar.  Da mesma forma, são conhecidas grandes áreas de peridotito exposto nas ilhas do Pacífico de Papua-Nova Guiné e Caledônia, e ao longo das costas da Grécia e da antiga Yugoslávia; depósitos menores ocorrem no Oeste dos EUA e em vários outros lugares.

Os cientistas afirmam que o processo de aprisionar o carbono nas rochas pode ser acelerado 100.000 vezes ou mais, simplesmente perfurando o solo e injetando água quente com CO2 pressurizado. Uma vez que a reação tenha sido assim disparada, ela naturalmente gera calor — e o calor, por sua vez, acelera a reação, fraturando grandes volumes de rochas, o que expõe esta a reagir com ainda mais água rica em CO2. O calor gerado pela própria Terra também ajuda, uma vez que. quanto mais se desce, maior é a temperatura. (O peridotito exposto em Oman penetra até cerca de 5 km de profundidade.) Os cientistas dizem que uma tal reação em cadeia precisaria de pouca energia, após desencadeada. Levando em conta os desafios de engenharia e outras dificuldades, eles afirmam que Oman sozinho poderia absorver provavelmente algo em torno de 4 bilhões de toneladas de carbono atmosférico por ano — uma parte substancial das 30 bilhões de toneladas emitidas pela humanidade para a atmosfera anualmente, principalmente por meio da queima de combustíveis fósseis. Com a formação de grandes quantidades de sólidos no subsolo, fendas e expansões irão produzir micro-terremotos — porém nada que seja prontamente perceptível para as pessoas, diz Kelemen.

“Ainda bem que temos este tipo de rochas na região do Golfo”, disse Matter. Grande parte do petróleo e gás é produzido ali e Oman está construindo novas usinas de energia elétrica a gás que se tornarão grandes fontes de CO2 que podem ser bombeadas para o subsolo.

Matter tem trabalhado em outro projeto distinto na Islândia, onde outro tipo de rocha, o basalto vulcânico, também se mostra promissor para absorver o CO2 produzido por usinas elétricas. Os testes lá estão previstos para começar na primavera de 2009, em parceria com a Reykjavik Energy e as universidades da Islândia e de Toulouse (França).

De acordo com os cientistas, a companhia estatal Petroleum Development Oman, está interessada em um programa piloto.

Kelemen declarou: “Nós vemos este como apenas um dentre vários processos de aprisionamento de carbono. Seria um grande erro pensar que estaríamos à procura de apenas uma coisa que resolvesse tudo”.

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O artigo, “In situ carbonation of peridotite for CO2 storage,” está disponível em http://www.pnas.org/content/early/2008/10/31/0805794105.full.pdf+html, ou dos autores, ou ainda através da Proceedings of the National Academy of Sciences: [email protected].

“Por dentro da ciência” do Instituto Americano de Física (10/10/08)

Inside Science News Service

10 de outubro de 2008
Cientistas Criam Moléculas Ultra-Frias
Aprendendo mais acerca das moléculas, pondo-as em armazenagem profunda
Por Phillip F. Schewe
Inside Science News Service

Os cientistas conseguiram, pela primeira vez, um tipo de “química artificial”, mantendo juntos com sucesso átomos em temperaturas extremamente baixas, por um período de tempo recorde. Anteriormente, as tentativas de manter os átomos juntos só tinha resultado em moléculas de curta vida e fracamente ligadas. Essas são boas notícias para os cientistas que esperam obter um maior controle sobre as reações químicas básicas e para os que querem construir um novo tipo de computador, um baseado no misterioso comportamento quântico.

O que é melhor, as moléculas ultra-frias foram produzidas em dois diferentes laboratórios, um no consórcio JILA do National Institute of Standards and Technology (NIST) e da Universidade do Colorado em  Boulder, e outra na Universidade de Innsbruck na Áustria. Os resultados do NIST foram publicados em uma edição recente da revista Science, enquanto que os resultados de Innsbruck apareceram na Physical Review Letters.

Os átomos são os constituintes básicos da matéria comum, porém em nosso dia-a-dia a maior parte das coisas — plásticos, água, ar, até nossos corpos — são feitos de moléculas, combinações de dois ou mais átomos, de forma que é importante estudá-las também. Para realizar os estudos, os físicos prendem as partículas em um recipiente muito pequeno e as resfriam até temperaturas muito baixas. Isso é relativamente fácil de fazer com átomos, mas difícil de fazer com moléculas. Isto porque as moléculas, que têm várias partes constituintes, se retorcem em combinações complexas de rotação e vibração. Elas também podem se romper e são difíceis de serem isoladas, uma de cada vez.

As experiências mostraram que as moléculas, cada uma composta por dois átomos, se mantém unidas por mais tempo do que nas experiências anteriores e com uma densidade maior, o que permite que elas sejam estudadas mais detalhadamente. Nas experiências anteriores também se conseguia moléculas frias, porém o processo só produzia moléculas fracamente unidas que rapidamente se rompiam. Além disso, a nova pesquisa converte átomos em moléculas de maneira mais eficiente, com até 90% de sucesso.

Os cientistas recorrem a moléculas ultra-frias e ultra-lentas porque uma molécula em repouso provavelmente vai se comportar mais de acordo com as regras quânticas usadas nos atuais produtos eletrônicos mais rápidos. O truque aqui é primeiro esfriar átomos isolados e então convertê-los em moléculas igualmente frias, juntando os átomos com o emprego conjunto de pulsos de laser e forças magnéticas. As moléculas são tão frias que ficam praticamente em repouso, um estado onde não apresentam vibração, nem rotação.

Medições realizadas em uma molécula em repouso saem mais nítidas do que as feitas em uma molécula se retorcendo. A temperatura usada foi de uns poucos bilionésimos de grau acima do zero absoluto (a menor temperatura possível) ou cerca de -273ºC. Isso está na faixa das temperaturas mais baixas encontradas no Sistema Solar. Até o espaço entre os planetas é mais quente do que o dispositivo-armadilha desses laboratórios.

Na experiência de Innsbruck, os átomos a serem resfriados não são deixados ao léu, como em um gás; ao contrário, são fixados em localizações pré-definidas como em um tabuleiro de xadrez microscópico tridimensional. Esse confinamento especial, realizado com feixes de laser que gentilmente impedem que os átomos se mexam, cria uma arranjo de átomos que flutuam no meio do ar, um tipo de material diluído artificial chamado de grade óptica. Na verdade, os feixes de laser entrecruzados são dispostos de tal maneira que dois átomos (do elemento rubídio) ficam em cada “casa” do “tabuleiro de xadrez”. Uma outra forma de visualizar a disposição espacial dos átomos é pensar neles como alojados nos receptáculos de uma bandeja de ovos. Então, aplicando-se campos magnéticos adicionais, o par de átomos leva um empurrão para se tornar uma molécula.

O físico de Innsbruck Johannes Denschlag gosta de pensar em cada ponto da grade como um “nano-tubo-de-ensaio”, uma zona minúscula menor do que um milionésimo de metro (um micrômetro) de dimensões, onde as reações químicas podem acontecer com poucos átomos de cada vez.  Não só isso, como também a reação pode ser completamente controlada e a força da interação pode ser ajustada. Na experiência de Innsbruck as moléculas se comportaram como minúsculos magnetos. E isso dá aos pesquisadores um outro processo (com o uso de pequenos magnetos nas proximidades) para controlar a química ao nível de átomos.

As moléculas usadas na experiência de Boulder eram feitas de um átomo de potássio, unido a um átomo de rubídio. Muito embora essa molécula seja, no total, eletricamente neutra, uma pequena carga negativa tende a se acumular em uma extremidade da molécula, enquanto se forma uma pequena carga positiva na outra. Esse arranjo é conhecido como um dipolo elétrico. Os exemplos comuns de tais moléculas “polares” incluem a água, feita de dois átomos de hidrogênio e um de oxigênio. Moléculas polares, que têm sua diminuta separação de cargas, podem ser controladas por pequenos eletrodos nas proximidades. Por isso, as moléculas polares aparecem em componentes tais como mostradores de relógios de pulso e televisores.

Na experiência de Boulder, as moléculas ultra-frias foram produzidas no mais baixo e mais estável dos possíveis estados de energia. Neste estado, as moléculas ficam enclausuradas em alta densidade. Como as moléculas são polares, os cientistas podem controlá-las com eletrodos e, talvez, até codificar informações nas moléculas. E, uma vez que as moléculas estão tão próximas entre si, uma meta importante será a realização de atividades de micro-processamento, deixando que as moléculas interajam entre si de maneira controlável. Isso, por sua vez, ajudaria a tornar possível um computador quântico na escala nanoscópica, capaz de realizar certos cálculos, tais como buscas em grandes bases de dados ou na fatoração de grandes números, muito mais rápido do que os computadores digitais convencionais.

Um dos cientistas de Boulder, Jun Ye, diz que o controle, sem precedentes, sobre as moléculas pode também permitir o desenvolvimento de controles de tempo melhores do que os atuais relógios atômicos. Neste mesmo ano Ye já tinha participado da fabricação do relógio mais preciso jamais produzido.

Este texto é fornecido para a media pelo Inside Science News Service, que é apoiado pelo Instituto Americano de Física (American Institute of Physics), uma editora sem fins lucrativos de periódicos de ciência. Contatos: Jim Dawson, editor de notícias, em [email protected].

“Por dentro da ciência” do Instituto Americano de Física (08/10/08)

Inside Science News Service
8 de outubro de 2008
Meras Águas-Vivas Promovem um Esplendoroso Reconhecimento

O Prêmio Nobel de 2008 de Química foi para três pesquisadores americanos pela descoberta e desenvolvimento da proteína fluorescente verde, uma ferramenta para iluminar o que não se podia ver

Por Jason Socrates Bardi
Inside Science News Service

“O primeiro verde da natureza vale ouro”, escreveu uma vez o poeta Robert Frost, e nesta manhã suas palavras pareceram proféticas para os três pesquisadores de instituições americanas que acabam de receber o Prêmio Nobel de Química de 2008 por sua descoberta e desenvolvimento de uma proteína fluorescente verde — uma molécula encontrada nas águas-vivas que revolucionou a biologia e a medicina (imagem ao lado retirada da WikiPedia).

O prêmio, anualmente concedido pela Academia Sueca e com um valor em dinheiro de US$1,4 milhões, será dividido entre os três ganhadores: Osamu Shimomura do Laboratório de Biologia Marinha em Woods Hole, Massachusetts e da Escola de Medicina da Universidade de Boston; Martin Chalfie da Universidade Columbia em Nova New York; e Roger Y. Tsien da Universidade da Califórnia em San Diego.

Embora o prêmio tenha sido concedido na categoria “química”, a descoberta é uma daquelas de trespassa vários ramos da ciência. No âmago da descoberta está a proteína fluorescente verde (green fluorescent protein = GFP), uma molécula naturalmente “fluorescente”, ou seja, que brilha ao absorver a luz em uma cor e reemití-la em outra cor. Como uma ferramenta de pesquisa, esta proteína revolucionou a biologia e a medicina, declara Jeremy M. Berg, o diretor do Instituto Nacional de Ciências Médicas Gerais que faz parte do sistema dos Institutos Nacionais de Saúde.

“A GFP é uma parte do tecido da pesquisa biomédica”, declarou Berg em uma entrevista. “Ela se tornou uma ferramenta essencial para a procura da expressão de genes em todos os tipos de organismos”.

Como e onde os genes se expressam em um corpo é um dos aspectos mais fundamentais de toda a saúde (e das doenças) humana. O que a GFP permitiu aos cientistas fazerem foi “etiquetar” proteínas — os produtos dos genes — com o equivalente molecular de um farol. Isto permitem que eles olhem, através do microscópio, para tecidos e células vivos e observem quais genes estão atuando em que parte do corpo. Este tipo de informação lança luz sobre a biologia básica e aborda algumas das mais importantes questões atuais da medicina.

“As proteínas fluorescentes verdes permitem aos cientistas a quase literalmente observar o crescimento do câncer e estudar o mal de Alzheimer e outras condições que afetam a milhões de pessoas”, declarou hoje o Presidente da American Chemical Society, Bruce E. Bursten.

O Professor do Connecticut Marc Zimmer, autor do livro “Glowing Genes: A Revolution in Biotechnology” (“Genes Luminosos: Uma Revolução na Biotecnologia”) e um expert na história da GFP, comparou a descoberta da GFP à do microscópio, que revolucionou a ciência no século XVII.

“É tão significativa quanto o microscópio”, disse Zimmer, “porque nos permite ver coisas que nunca pudemos ver antes”.

Shimomura inicialmente isolou a proteína luminsecente da água-viva Aequorea Victorea, (foto ao lado: WikiPedia. Para vê-la em 1.600 x 1.200 pixels clique aqui) que se desloca ao sabor das correntes da costa Oeste da América do Norte. De acordo com Zimmer, Shimomura capturou um milhão dessas águas-vivas ao longo de 20 anos e, a partir delas, isolou a substância luminosa em 1962. Shimomura descrieveu como ela absorvia luz em uma cor e a reemitia em uma cor diferente, em um artigo publicado naquela época: “uma proteína que dá soluções que parecem ligeiramente esverdeadas à luz do Sol, embora sejam apenas amareladas sob a luz de lâmpadas de tungstênio, e exibem uma fluorescência esverdeada e muito brilhante sob o ultravioleta . . .”

O que Shimomura originalmente chamou de “proteína verde” foi, mais tarde, renomeado como “proteína fluorescente verde” (“green fluorescent protein”, ou GFP, abreviadamente), depois quer as bases físicas da luminescência da proteína foram melhor compreendidas. A GFP, como todas as proteínas, é uma cadeia de moléculas de aminoácidos que espontaneamente se dobram em um formato particular. O formato único da proteína dobrada permite que ela absorva luz em uma cor e a reemita como uma cor diferente (o verde característico).

Muitas moléculas biológicas são capazes de produzir essa luminosidade. Uma das mais familiares é a proteína luciferase, a molécula “fosforescente” responsável pelo lampejo dos vaga-lumes nos crepúsculos do verão. A particularidade da GFP, entretanto, é que, diferentemente da luciferase que precisa de uma complexa reação química para produzir luz, a GFP simplesmente converte  uma cor de luz em outra. O que acontece nas águas-vivas é que uma proteína totalmente diferente cuida da conversão química e lança uma luz azul sobre a GFP, que a absorve e emite a verde.

Porque a GFP é relativamente pequena e tem um mecanismo tão elegantemente simples, os pesquisadores nos laboratórios modernos podem pregá-la como uma etiqueta a quase qualquer produtos dos genes. Então, simplesmente iluminando a amostra, podem observar onde os produtos dos genes etiquetados foram distribuídos, com o que eles estão interagindo e fazer algumas das perguntas mais fundamentais sobre como a biologia funciona. Por exemplo, esse procedimento básico pode mostrar como os genes agem durante o desenvolvimento do embrião de um organismo simples, pode mostrar como o sistema imunológico interage com patógenos e poder até iluminar intrincados detalhes dos neurônios dentro de um cérebro de um rato.

Foi o co-laureado Chalfie da Universidade de Columbia quem primeiro demonstrou o valor da GFP como uma etiqueta genética que podia literalmente iluminar vários fenômenos biológicos. Em uma de suas primeiras experiências, ele usou GFP para colorir e etiquetar seis células individuais no nematóide  Caenorhabditis elegans (se você quiser ver com o que isso se parece, veja aqui). Desde este trabalho pioneiro, a etiquetagem com GFP foi adotada e apicada para quase todos os tipos de organismos estudados em laboratórios, de colônias de bactérias a células humanas.

Atualmente, a técnica é ainda mais poderosa, graças ao trabalho do co-laureado Tsien da UCSD. Ele melhorou a técnica criando uma paleta de cores que se estende além do verde. Ele desenvolveu etiquetas de várias cores, o que permite que os cientistas sigam diferentes processos biológicos ao mesmo tempo e observar como vários tipos de células e proteínas interagem.

A grande ironia disto tudo é que ninguém, até hoje, foi capaz de descobrir para que serve a GFP nas águas-vivas. “Ela serve para caçar, para atrair parceiros, ou outra coisa?” pergunta Berg. “Eu penso que ninguém sabe realmente”.

Na Web:
- Anúncio do Nobel: http://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2008/press.html.
- Histórico da descoberta da Proteína Fluorescente Verde: http://www.conncoll.edu/ccacad/zimmer/GFP-ww/timeline.html.

Este texto é fornecido para a media pelo Inside Science News Service, que é apoiado pelo Instituto Americano de Física (American Institute of Physics), uma editora sem fins lucrativos de periódicos de ciência. Contatos: Jim Dawson, editor de notícias, em [email protected].

PressPac da American Chemical Society (01/10/08)

Novo material pode acelerar o desenvolvimento de veículos movidos a hidrogênio

Publicação: Nano Letters
Título do Artigo: “Pillared Graphene: A New 3-D Network Nanostructure for Enhanced Hydrogen Storage”

Pesquisadores da Grécia relatam o projeto de um novo material que quase atende as metas para 2010 do Departamento de Energia (DOE) dos EUA para armazenagem de hidrogênio e podem eliminar uma das barreiras existentes para veículos a hidrogênio viáveis. Seu estudo sobre uma maneira de armazenar de maneira segura o hidrogênio, um gás explosivo, será publicado na edição mensal de 8 de outubro da ACS Nano Letters.

Georgios K. Dimitrakakis, Emmanuel Tylianakis, e George E. Froudakis observam que os pesquisadores há muito tempo pensam em usar nano-tubos de carbonos (CNT) para armazenar hidrogênio em veículos com células de combustível. Os CNT são diminutos cilindros de carbono, cerca de 50.000 vezes mais finos do que a grossura de um fio de cabelo humano. Os cientistas esperam poder usar os CNT como tanques de armazenagem miniaturizados para a próxima geração de veículos com célula de combustível.

Neste novo estudo, os pesquisadores usaram modelagem por computador para projetar uma estrutura particular para a armazenagem de hidrogênio que consiste de películas paralelas de grafeno — camadas de carbono com apenas um átomo de espessura — estabilizadas por colunas verticais de CNT (veja uma imagem da estrutura aqui). Eles também adicionaram íons de lítio ao projeto do material para aumentar sua capacidade de armazenagem. Os cálculos dos cientistas mostraram que o assim chamado “grafeno em pilares” pode, teoricamente, armazenar até 41 gramas de hidrogênio por litro, quase alcançando a meta do  DOE’s (45 gramas de hidrogênio por litro) para aplicação em transportes. “Os experimentadores estão desafiados a fabricar esse material e validar sua capacidade de armazenagem”, dizem os pesquisadores. — MTS

Jogando “Pinball” com Átomos

Publicação: Nano Letters
Título do Artigo: “Playing Pinball with Atoms”

Com a nanotecnologia fornecendo uma pletora de bombas, motores e outras máquinas com emprego potencial na medicina e na indústria, aqui está uma boa pergunta: Como as pessoas vão ligar e desligar esses dispositivos? Em mais um avanço para dar às pessoas esse controle, cientistas na Holanda relatam o uso de um sinal elétrico externo para controlar um dispositivo mecânico em escala atômica que parecem com os “flippers” (os rebatedores da bolinha) em uma máquina de “pinball” (veja uma figura aqui). Seu relatório está programado para a edição de 8 de outubro de Nano Letters.

Em seu estudo, Harold J. W. Zandvliet e colegas notam que os esforços para construir dispositivos mecânicos cada vez menores, fez com que os cientistas reconhecessem a dificuldade em exercer controle sobre essas nano-máquinas que são pequenas demais para uma chave liga-desliga convencional. Eles descreevem a construção e o teste com sucesso de um dispostivo, “criado” em um “wafer” de cristal de germânio que responde a estímulos liga-desliga.

Os pesquisadores dizem que o dispositivo — tão pequeno que bilhões deles caberiam em uma cabeça de alfineite — lembram os braços ou “flippers” de uma máquina de “pinball”. Os sinais para os braços se moverem para a frente e para trás vêm da ponta de um microscópio de tunelamento. “Controlando precisamente a corrente e a distância da ponta, fizemos com que pares de átomos se comportassem como os “flippers” em uma máquina de “pinball” de dimensões atômicas”, declaram eles. “Nossas observações comporvam sem ambiguidade que é possível controlar um dispositivo em escala atômica com o uso de um simples sinal elétrico. Uma melhor compreensão de dispositivos semelhantes pode jogar luz sobre as futuras possibilidades e oportunidades para a aplicação de dispositivos em escala atômica”; — AD

Níveis potencialmente tóxicos de corta-chamas presentes no sangue dos habitantes da Califórnia

Publicação: Environmental Science & Technology
Título do artigo: “Elevated House Dust and Serum Concentrations of PBDEs in California: Unintended Consequences of Furniture Flammability Standards?”

No que pode ser uma conseqüência inesperada dos esforços para tornar os móveis mais seguros e menos inflamáveis, os residentes da Califórnia têm em seu sangue níveis quase o dobro da média nacional dos potencialmente tóxicos dos corta-chamas chamados PBDE, relatam os cientistas de Massachusetts e Califórnia. Seu estudo, o primeiro a examinar as variações regionais de níveis de PBDE na poeira doméstica e no sangue das pessoas nos EUA, foi publicado online em 1 de outubro na publicação quinzenal da ACS Environmental Science & Technology.

Em seu novo estudo, Ami Zota e colegas observam que os PBDE (polibromoidifenil éteres) são largamente usados como corta-chamas em estofados e eletro-eletrônicos. Os materiais são liberados no ambiente na forma de partículas de poeira, onde podem se acumular nas casas, assim como nos tecidos e sangue das pessoas. Embora seus efeitos exatos em pessoas não seja claro, estudos com animais sugerem que os PBDE podem causar problemas na tireóide e problemas no desenvolvimento e reprodução. Uma vez que a Califórnia tem um dos padrões mais restritivos quanto a inflamabilidade da mobília, os pesquisadores suspeitam que os residentes nesse estado podem ter níveis mais altos de exposição à poeira de PBDE do que outros nos EUA.

Para tirar a limpo, os cientistas compararam dados das concentrações de PBDE na poeira doméstica de 49 casas na Califórnia com as concentrações relatadas em 120 casas em Massachusetts e várias outras áreas. Os pesquisadores também compararam dados de níveis de PBDEs no sangue dos californianos com os residentes em outras regiões. Eles descobriram que os níveis de PBDE nas casas da Califórnia eram de 4 a 10 vezes mais altos do que no resto dos EUA. Eles também descobriram que os níveis de alguns PBDE no sangue eram significativamente mais altos nos californianos do que no resto do país. “Essas descobertas aumentam a preocupação sobre legislações em discussão e padrões de resistência ao fogo que encorajam o uso em larga escala de retardadores químicos de chamas que sejam tóxicos ou cuja segurança não tenha sido verificada”, declara o artigo. — MTS and AD

Fungos combatem a poluição atmosférica retirando enxofre do petróleo cru

Publicação: Industrial & Engineering Chemistry Research
Título do artigo: “Study of the First Isolated Fungus Capable of Heavy Crude Oil Biodesulfurization”

Pesquisadores do Iran publicaram o que eles descrevem como o primeiro estudo acerca de um fungo que pode remover enxofre — uma das principais fontes de poluição atmosférica — do petróleo cru de maneira mais eficaz do que os processos de refino convencionais. A descoberta pode auxiliar a reduzir a poluição atmosférica e a chuva ácida causadas pela liberação de compostos de enxofre presentes na gasolina e pode auxiliar as companhias de petróleo a alcançar padrões mais rígidos para as emissões dos combustíveis, dizem os cientistas. Seu estudo foi publicado na edição de 1 de outubro da publicação quinzenal da ACS Industrial & Engineering Chemistry Research.

Jalal Shayegan e colegas observam que os processos existente para o refino do assim chamado petróleo cru “pesado”, ou rico em enxofre, converte o enxofre em em gás sulfídrico em altas pressões e temperaturas. No entanto, eles deixam para trás algu8ns tipos de compostos com base em enxofre que acabam na gasolina e outros combustíveis. Os cientistas sabem há muito tempo que certos micróbios podem retirar o enxofre do petróleo. Porém, ninguém tinha tentado usar esses micróbios na assim chamada bio-dessulfurização do petróleo bruto pesado até agora, indicam eles.

No novo estudo, os cientistas descrevem o isolamento e o teste do primeiro fungo capaz de remover enxofre de petróleo cru pesado. O fungo, chamado Stachybotrys, removeu de 65 a 76% do enxofre presente em certos tipos de petróleo cru pesados de dois diferentes campos petrolíferos. O processo não requer altas temperaturas nem altos consumos de energia porque se dá ligeiramente acima da temperatura ambiente, observam os cientistas. — MTS

Falta de água coloca desafios e oportunidades para a indústria

Publicação: Chemical & Engineering News
Título do artigo: “The Other Scarce Resource”

Tal como o aperto no crédito está modificando a paisagem econômica global, uma freqüentemente esquecida escassez de água limpa está confrontando os negócios e a indústria com um leque de novos desafios e oportunidades, de acordo com um artigo que será publicado na edição de 6 do outubro do semanário da ACS Chemical & Engineering News.

A história de capa, assinada pela Editora Sênior de Negócios Melody Voith, alerta para que as grandes firmas industriais, tais como Dow Chemical, General Electric, Nalco e Ashland, têm que gerenciar as operações diárias de modo a conservar e reutilizar a água. Antigamente vista como um recurso barato e inesgotável, a água pura está cada vez mais rara no mundo, explica Voith, notando que a falta de água pura é um “risco crescente” para a indústria.

“Simplesmente não existe um sucedâneo para a água boa e pura — e esta está cada vez mais difícil de obter”, declara Voith. Ao mesmo tempo, as companhias que fornecem tecnologia de conservação e purificação de água estão tirando vantagens das novas oportunidades. O artigo explica como as companhias estão investindo em novas tecnologias para atender a crescente demanda por substâncias químicas, serviços e equipamentos para tratamento de águas.

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O PressPac da American Chemical Society é traduzido com expressa permissão da Sociedade Americana de Química e, em alguns casos, fornece o link para os originais em inglês.
Como eu digo nas traduções do Physics News Update, correções são bem vindas.

PressPac da American Chemical Society (24/09/08)

Indícios de que um dispositivo barato aumenta a economia de combustível em até 20%
Publicaçãol: Energy & Fuels
Título: “Electrorheology Leads to Efficient Combustion”

Em meio aos assustadores aumentos no preço dos combustíveis, pesquisadores da Pennsylvania estão relatando resultados de testes em laboratório e na estrada que verificam que um dispositivo simples e barato, ligado nos injetores de combustível do motor de um veículo pode aumentar o rendimento em termos de quilômetros por litro em até 20%. Isso se traduz em muitos preciosos quilômetros a mais por litro, dizem eles. O estudo vai ser publicado na edição bimensal de 19 de novembro da Energy & Fuels da ACS.

No novo estudo, Rongjia Tao e seus colegas descrevem o desenvolvimento e os testes de um novo redutor de consumo de combustível. O pequeno dispositivo consiste em um tubo eletricamente carregado que pode ser fixado à mangueira de combustível de um automóvel, próximo ao injetor de combustível. O dispositivo cria um campo elétrico que afina o combustível, ou, dito de outra forma, diminui sua viscosidade, de forma que gotículas menores são injetadas no motor. Isso leva a uma combustão mais eficiente e limpa do que um injetor de combustível comum, dizem os pesquisadores.

Seis meses de testes em estrada em um carro a diesel mostraram que o dispositivo reduziram o consumo de 11,68 km/l para 13,1 km/l. “Nós esperamos que esse dispositivo tenha grandes aplicações em todos os tipos de motores de combustão interna, atuais e futuros”, declara o relatório, citando motores alimentados por gasolina, biodiesel e querosene. Maiores aperfeiçoamentos no dispositivo podem levar a uma relação km/l ainda melhor, é o que eles sugerem. — MTS
Viagra Natural ? A “Erva do bode tesudo” se mostra promissora nos estudos em laboratório
Publicação: Journal of Natural Products
Título do Artigo: “Potent Inhibition of Human Phosphodiesterase-5 by Icariin Derivatives”

Mais ainda, pesquisadores de Viagra na Itália relatam que um venerável remédio herbal chinês, conhecido como “erva do bode tesudo” (Epimedium) mostrou-se, em testes de laboratório, como uma fonte potencial para novas futuras drogas para o tratamento da disfunção erétil. O estudo, que fornece indícios científicos que apóiam o uso bem conhecido da erva como afrodisíaco, será publicado na edição de 24 de outubro da publicação mensal da ACS Journal of Natural Products.

No novo estudo, Mario Dell’Agli e colegas observam que o Viagra (sildenafil) e vários outros medicamentos já estão disponíveis para o tratamento da DE, ou impotência masculina. A DE afeta estimados 18 milhões de homens somente nos Estados Unidos. Entretanto, os estudos mostram que essas drogas podem causar efeitos colaterais, tais como dores de cabeça, rubor facial, náusea e perturbações visuais.

Para encontrar tratamentos melhores, os cientistas estudaram extratos de ervas com reputação de melhorar o desempenho sexual. Os cientistas expuseram as substâncias a uma enzima que controla o fluxo sanguíneo para o pênis e cuja inibição resulta em uma ereção. Um dos extratos testados, o da “erva do bode tesudo” se revelou o mais potente inibidor da enzima. Modificando quimicamente a icariina, o princípio ativo retirado do extrato, os cientistas obtiveram um sucedâneo com a atividade similar ao Viagra e um potencial menor de causar efeitos colaterais, porque ele alveja a proteína mais precisamente do que o sildenafil. — MTS

Os atuais regulamentos governamentais esquecem poluentes importantes na região de Los Angeles
Publicação: Environmental Science & Technology
Título do Artigo: “Apportionment of Primary and Secondary Organic Aerosols in Southern California during the 2005 Study of organic Aerosols in Riverside (SOAR-1)”

A legislação existente pode não enquadrar eficazmente uma grande fonte de partículas poluentes finas de origem orgânica que contribuem para o céu turbado e a má qualidade do ar sobre Los Angeles, de acordo com um estudo a ser publicado na edição de 15 de outubro da publicação quinzenal da ACS Environmental Science and Technology.

No estudo, Ken Docherty e colegas observam que a legislação corrente sobre qualidade do ar visam as fontes de emissão ‘primárias’, ou seja. diretamente emissoras de partículas. No entanto, suas novas descobertas indicam que partículas “secundárias”, ou seja, formadas quimicamente, contribuem de maneira mais significativa para a má qualidade do ar.

O estudo descobriu que a maior parte da neblina orgânica acima da cidade não é diretamente emitida por veículos ou processos industriais, diferentemente do que se pensava — 75% das partículas poluentes orgânicas se formam quando gases orgânicos reativos passam por transformações químicas e se condensam sobre partículas existentes no ar. “Nosso estudo sugere que a legislação precisa dar muito mais atenção aos gases orgânicos que reagem quimicamente na atmosfera, criando as partículas secundárias que constituem uma significativa parte da neblina”, declarou Docherty. — AD
Versão microscópica da tomografia computadorizada revela segredos da formação dos ossos
Publicação: Chemical Reviews
Título do artigo: “X-ray Microcomputer Tomography for the Study of Biomineralized Endo- and Exoskeletons of Animals”

Uma nova versão da tomografia computadorizada, que revolucionou o imageamento médico nos últimos 25 anos, está dando aos cientistas novas informações preciosas sobre como Mamãe Natureza forma conchas, ossos e outras estruturas rígidas em animais, dos guppies aos ratos. Essas informações sobre “biomineralização” podem formar uma base de conhecimentos para compreender as perdas ósseas em seres humanos e até conquistar o Santo Graal da medicina regenerativa — descobrir como lagartixas, estrelas do mar e outros animais fazem crescer partes do corpo amputadas.

Essas são as observações em uma nova visão geral sobre esse campo a ser publicada na edição de 12 de novembro da publicação mensal da ACS Chemical Reviews, Matthias Epple e Frank Neues descrevem as pesquisas correntes onde os cientistas usam tomografia computadorizada com raios-X para estudar a biomineralização, o processo pelo qual os animais formam ossos, conchas e outras estruturas rígidas. A microtomografia computadorizada é a versão de alta resolução da tomografia computadorizada convencional. Tal como uma TC, ela monta imagens tridimensionais de estruturas em ossos e conchas que são muito pequenas para serem vistas com a TC comum.

O artigo dá uma visão geral das pesquisas correntes que envolvem o uso da Micro-TC com raios-X e suas implicações para a medicina, projetos de novos materiais e outros campos. “É interessante para a moderna ciência de materiais imitar essas estruturas inorgânicas para criar novos revestimentos, materiais e instrumentos para aplicações práticas”, declara o artigo. “Estamos convencidos de que esse processo será de alto valor para o futuro estudo dos processos espacialmente diferentes de mineralização nos animais e plantas que realizam mineralização”. — AD

Revelando os segredos do leite materno
Journal: Chemical & Engineering News
Título do artigo: “Unraveling breast milk”

Pesquisadores estão relatando que novas descobertas sobre a composição do leite materno humano podem levar a novas maneiras de prevenção e tratamento de doenças estomacais e outras doenças em bebês e adultos. Uma artigo sobre este tópico está programado para a edição de 29 de setembro do semanário da ACS Chemical & Engineering News.

Na história de capa da C&EN, a Editora Associada Jyllian Kemsley observa que o leite materno humano é um fluido complexo, composto de diversos componentes chave, que incluem a lactose, um açúcar que fornece energia para o recém-nascido, e lipídios, que, se supõe, fornecem gorduras saudáveis para os recém-nascidos. Porém os cientistas só agora estão começando a entender  a composição e função de muitos dos componentes do leite materno.

Por exemplo, os pesquisadores descobriram que certos açúcares no leite materno podem ser desenvolvidos para o tratamento de entrecolite necrosante (necrotizing enterocolitis = NEC), uma doença potencialmente letal que afeta cerca de 10% dos bebês prematuros. Alguns tipos de açúcar no leite materno parecem ser preventivos de infecções bacterianas,  inclusive as que causam diarréias graves, observa o artigo. Uma melhor compreensão da química e da função do leite materno pode também levar ao projeto de fórmulas nutritivas mais eficazes para crianças e produtos à base de leite de vaca, sugere o artigo. “[O leite materno] é um fluido notável”, observou um pesquisador. “É extremamente embaraçoso que saibamos tão pouco sobre ele”.

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O PressPac da American Chemical Society é traduzido com expressa permissão da Sociedade Americana de Química e, em alguns casos, fornece o link para os originais em inglês.
Como eu digo nas traduções do Physics News Update, correções são bem vindas.

PressPac da American Chemical Society (17/09/08)

Novas esperanças para a exploração de vastas reservas domésticas de xisto betuminoso
Energy & Fuels



Fósseis encapsulados em xisto betuminoso na Estônia.
Clique aqui para a imagem ampliada.
Crédito: Mark A. Wilson, Wikipedia Commons


Pesquisadores no Canadá e na Turquia relatam a descoberta de um novo processo para explorar vastos recursos de petróleo cru nos Estados Unidos, Canadá e outros países, que se encontram presos em depósitos rochosos chamados de xisto betuminoso. O processo pode aumentar as disponibilidades mundiais de petróleo no futuro e levar à diminuição dos preços da gasolina, diesel e de óleo para aquecimento doméstico, sugerem os pesquisadores. Seu estudo será publicado na edição de 19 de novembro da publicação bimensal da ACS Energy & Fuels.
No estudo, Tayfun Babadagli e seus colegas observam quue o petróleo aprisionado nos depósitos de xisto betuminoso pelo mundo excedem as reservas comprovadas da Arábia Saudita. Existem, por exemplo, um estimado trilhão de barris de petróleo na, assim chamada, Green River Formation que abrange o Colorado, Utah, e Wyoming. Entretanto, as tecnologias existentes para recuperar esse petróleo, chamada de pirólise, é antieconômica porque necessita de altas temperaturas (cerca de 500ºC) e grandes dispêndios de energia, mas produzem pouco petróleo utilizável.
Os cientistas descrevem experiências em escala de laboratório com o acréscimo de pó de ferro (de pequeno custo) ao xisto betuminoso, combinado com aquecimento por bobinas de aquecimento elétricas, aumenta substancialmente a produção de petróleo — em mais de 100% em alguns xistos. “Os resultados experimentais e numéricos mostram que a produção em escala industrial de recuperação de petróleo de xisto betuminoso por aquecimento elétrico pode ser tecnica e economicamente viável”, conclui o relatório. — MTS
Dados do artigo:
“Experimental and Numerical Simulation of Oil Recovery from Oil Shales by Electrical Heating”
Download do texto completo do artigo
CONTATOS:
Tayfun Babadagli, Ph.D.
University of Alberta
Edmonton, Alberta
Canada
Phone: 1-780-492-9626
Fax: 1-780-492-0249
Email: [email protected]


Adoçante natural sem calorias a um passo do uso nos Estados Unidos.
Journal of Agricultural and Food Chemistry
Pesquisadores na Georgia (EUA) relatam uma avanço no possível uso de um adoçante natural não calórico em refrigerantes e outros produtos alimentícios nos EUA. A Stevia, que é 300 vezes mais edulcorante do que o açúcar, mas não contém calorias, já é usado em alguns países poara adoçar alimento e bebidas para auxiliar no tratamento da obesidade e diabete. Seu estudo será publicado na edição de 8 de outubro do periódico bisemanal da ACS Journal of Agricultural and Food Chemistry.
Indra Prakash, John F. Clos e Grant E. DuBois notam que os adoçantes de stevia, derivados de uma planta Sulamericana, são populares há anos na América Latina e Ásia. Porém vários fatores têm impedido seu uso como adoçante na Europa e Estados Unidos. Estes incluem preocupações com a segurança e indícios de que a exposição à luz solar pode degradar um dos componentes chave da stevia.
Na pesquisa que diminui as preocupações quanto à estabilidade da stevia, os cientistas estudaram contentores de vidro transparente de refrigerantres de cola e lima-limão que continham os dois principais edulcorantes da stevia. Após expor as bebidas ao Sol por uma semana, eles não encontraram qualquer degradação significativa em qualquer dos componentes do adoçante natural. — MTS
Dados do artigo:
“Photostability of Rebaudioside A and Stevioside in Beverages”
Download do texto completo do artigo
CONTATO:
Indra Prakash, Ph.D.
The Coca-Cola Company
Atlanta, Georgia 30313
Phone: 404-676-3007
Fax: 404-598-3007
Email: [email protected]


Um teste rápido e salvador de vidas para identificar a pureza da heroína
Analytical Chemistry



Uma amostra de heroína do tipo “black tar”. Clique aqui para dar  download da imagem com maior resolução.
Crédito:  US Drug Enforcement Agency


Cientistas na Espanha relatam um avanço em um novo método para estabelecer a pureza de heroína que pode salvar vidas, permitindo aos investigadores identificar rapidamente as formas menos puras e mais tóxicas da droga que é vendida nas ruas. Diferentemente dos testes convencionais, esse não destrói a amostra original da droga, de acordo com o relatório, a ser publicado na edição de 1 de outubro do quinzenal da ACS Analytical Chemistry.
No novo estudo, Salvador Garrigues e seus colegas apontam o fato de que a pureza da heroína pode variar largamente, já que os traficantes freqüentemente a misturam com giz, farinha ou outras coisas para “batizar” a droga. Como os usuários de heroína não sabem a exata pureza da droga, correm um risco maior de overdose e até de morte. Os testes convencionais para estabelecer a pureza da heroína nas ruas envolvem a preparação de amostras que destroem parte da droga e levam tempo demais, dizem os cientistas.
Eles estudaram 31 amostras do narcótico vindas da Espanha que continham de 6 a 34%  de heroína. Os cientistas testaram as amostras usando um novo método de análise, chamado de Espectroscopia de Refletância Difusa de Infravermelho Próximo (Diffuse Reflectance Near-Infrared Spectroscopy = DR-NIR). Isso envolve enviar um feixe de luz infravermelha sobre uma amostra para estabelecer sua composição quí9mica, com base no comprimento de onda da luz emitida. Esse método rapida e precisamente estabelece o conteúdo químico das amostras, sem qualquer necessidade de preparação anterior da amostra, dizem os cientistas. ­ — MTS
“Nondestructive Direct Determination of Heroin in Seized Illicit Street Drugs by Diffuse Reflectance near-Infrared Spectroscopy”
Download do texto completo do artigo original
CONTATO:
Salvador Garrigues, Ph.D.
Universitat de Valencia
Valencia, Spain
Phone: 34-96-354-3158
Email: [email protected]


Encontradas proteínas chave na procura por um anticoncepcional masculino
Journal of Proteome Research
Em um avanço na direção de um longamente esperado novo contraceptivo para homens, pesquisadores na  China  identificaram proteínas chave nos homens que suprimem a produção de esperma e podem se tornar os novos alvos para uma futura pílula anticoncepcional para homens. Seu estudo vais ser publicado na edição de 3 de outubro da publicação mensal da ACS Journal of Proteome Research.
Jiahao Sha e seus colegas indicam que os cientistas não entendem um efeito do hormônio masculino,  testosterona — como injeções do hormônio suprimem a produção de esperma. A partir de um estudo anterior que mostra uma suypressão quase total do esperma com injeção de testosterona combinada com um hormônio sintético chamado levonorgestrel (LNG), os pesquisadores procuraram novos enfoques sobre como os hormônios afetam as células produtoras de esperma nos testículos.
Em um novo estudo feito em homens, eles descobriram que a testosterona combinada com LNG mudava a produção corpórea de 31 proteínas, em comparação com as somente 13, em homens a quem era dado somente testosterona. Os cientistas identificaram proteínas que podem servir como alvo para novos contraceptivos masculinos, bem como servir como medicação para o tratamento da infertilidade. — JS
“Proteomic Analysis of Testis Biopsies in Men Treated with Injectable Testosterone Undecanoate Alone or in Combination with Oral Levonorgestrel as Potential Male Contraceptive”
Download do texto completo do artigo
CONTATO:
Jiahao Sha, Ph.D.
Nanjing Medical University
Jiangsu Province, People’s Republic of China, 210029
Phone: 86-25-86862908
Fax: 86-25-86862908
Email: [email protected]


Na direção de drogas mais eficazes e vacinas contra o HIV
Chemical & Engineering News
Pesquisadores relatam progressos na direção de uma nova onda de drogas e vacinas que poderiam aumentar significativamente a saúde e a duração da vida de milhões de pessoas infectadas ou sob risco de infecção por HIV, o virus que causa AIDS, de acordo com uma artigo publicado na edição de 22 de setembro do semanário da ACS Chemical & Engineering News. As descobertas oferecem esperanças para os estimados 33 milhões de pessoas em todo o mundo que são, atualmente, infectadas com o virus.
Na história de capa da  C&EN,  a correspondente senior Ann Thayer observa que, quando o HIV foi identificado há quase 25 anos, a espectativa de vida da pessoa infectada era somente de cerca de um ano. Hoje em dia, com mais de 20 das chamadas drogas antiretrovirais, agora disponíveis para tratar a doença, uma pessoa infectada pode esperar viver por muitos anos, ao menos nos países desenvolvidos. Com novos conhecimentos sobre como o virus trabalha no organismo, as companhias farmacêuticas agora estão tentando desenvolver drogas ainda mais eficazes que sejam mais seguras e mais fáceis de usar.
Embora ainda não haja uma cura para a doença, Thayer observa em um outro artigo na C&EN, os pesquisadores estão trabalhando duro para desenvolver uma vacina eficaz contra o HIV, considerada o melhor meio de impedir a infecção. Porém ainda há muito o que se aprender acerca do próprio virus e sobre a resposta do corpo humano, como demonstraram alguns fracassos nos recentes testes clínicos, de acordo com o artigo. “O fracasso é a norma no desenvolvimento de produtos, particularmente para algo difícil como o HIV”, observa um pesquisador.
“New Antiretrovirals Change HIV Treatment”
Texto completo do artigo aqui
CONTATO:
Michael Bernstein
ACS News Service
Phone: 202-872-6042
Fax: 202-872-4370
Email: [email protected]
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Como eu digo nas traduções do Physics News Update, correções são bem vindas.

PressPac Semanal da American Chemical Society (10/9/08)

Uma nova droga em potencial contra o vício e a “overdose” de cocaína

Os químicos relatam o desenvolvimento do que chamam da substância mais poderosa jamais descoberta para eliminar a cocaína do corpo, um avanço que pode levar ao primeiro medicamento no mundo realmente eficaz no tratamento de vício e “overdose” dessa droga proibida. Suas descobertas serão publicadas na edição de 24 de setembro do semanário Journal of the American Chemical Society.
No novo estudo, Chang-Guo Zhan e seus colegas observam que ainda não existe qualquer medicamento eficaz anti-cocaína. Uma das abordagens mais promissoras é a que se focaliza em substâncias que imitam a butirilcolinosterase (BChE), uma proteína natural do sangue que ajuda a dissolver e tornar a droga inativa, dizem os pesquisadores. Entretanto, a BChE natural é muito fraca e ineficaz para uso médico, observam os pesquisadores.
Os pesquisadores descrevem o projeto e a produção da mais potente e estável estrutura do tipo BChE jamais produzida. Nos estudos em laboratório, essa forma de BChE dissolveu, ou metabolizou, cocaína 2.000 vezes mais rápido do que a versão natural corpórea de BChE, afirmam os cientistas que também observam que a redução das taxas da droga no sangue é uma peça chave no combate à “overdose” em pessoas. A substância também foi capaz de impedir convulsões e morte, quando injetada em ratos que tinham recebido “overdoses” de cocaína, notam eles.

Chá de camomila pode auxiliar a combater as complicações da diabete

Beber diariamente chá de camomila durante as refeições pode auxiliar a prevenir as complicações da diabete, que incluem a perda da visão, danos neurológicos e aos rins — é o que relatam pesquisadores do Japão e da Grã-Bretanha. As descobertas podem levar ao desenvolvimento de uma nova droga, com base em camomila, para diabete tipo-2, que se encontra em níveis epidêmicos nos EUA e se espalhando pelo mundo inteiro, observam eles. Seu estudo foi publicado na edição de 10 de setembro da publicação bimensal da ACS Journal of Agricultural and Food Chemistry.
No novo estudo, Atsushi Kato e seus colegas observam que a camomila, também conhecida como manzanilla, tem sido usada há anos como uma espécie de panacéia para diversos problemas de ordem  médica, inclusive estresse, resfriados e cólicas menstruais. Os cientistas propuseram recentemente que o chá herbal pode, também, ser benéfico no tratamento da diabete, mas a teoria não havia sido cientificamente testada até agora.
Para verificar, os pesquisadores alimentaram com extrato de camomila um grupo de ratos diabéticos por 21 dias e compararam os resultados com um grupo de controle de animais em uma dieta normal. Os animais que receberam o suplemento de camomila mostraram uma diminuição significativa nos níveis de glicose no sangue, em comparação ao grupo de controle, relatam eles. O extrato também se mostrou um poderoso inibidor de enzimas ALR2  e de sorbitol, cujas taxas elevadas são associadas com o aumento das complicações da diabete, afirmam os cientistas.

Motor de alta performance e baixa emissão de poluentes para futuros sistemas híbridos

Antecipando a introdução de um curioso novo tipo de motor de combustão interna, pesquisadores da China relatam o desenvolvimento e uso de um novo e mais preciso modelo computadorizado para avaliar o desempenho do, assim chamado, alternador linear de pistão livre (“free-piston linear alternator” = FPLA). Seu studo sobre o FPLA, que pode fornecer um motor de baixo nível de emissão de poluentes e baixo consumo de combustível para futuros veículos híbridos elétricos, será publicado na edição de 17de setembro da publicação bimensal da ACS Energy & Fuels.
Qingfeng Li e seus colegas observam que o FPLA só tem uma peça móvel e é um motor projetado para gerar eletricidade. No dispositivo, um pistão, dentro de um cilindro, se alterna entre duas câmaras de combustão. Magnetos permanentes no pistão geram uma corrente elétrica passando através das bobinas de um alternador centralizado no cilindro. O motor pode ser acionado por vários tipos de combustível, inclusive gás natural e hidrogênio, e parece ser ideal para emprego em um mundo futuro com mudanças climáticas e escassez de combustíveis fósseis, sugerem os autores.
Seu relatório descreve o desenvolvimento de um modelo computadorizado melhorado para avaliar o desempenho do FPLA e guiar os engenheiros na construção do motor. Os resultados de suas simulações iniciais mostrou que o FPLA poderia acelerar três vezes mais rápido do que outros motores de combustão interna e queimar o combustível de maneira a minimizar a poluição atmosférica.  “É uma fonte de energia não agressiva ao meio ambiente para o futuro”, conclui o relatório.

Nano partículas em forma de flor podem levar a melhores baterias para aparelhos eletrônicos portáteis

Quer mais potência e maior duração da bateria para aquele telefone celular, laptop, ou MP-4? “Flower power” pode ser a solução. Químicos relatam o desenvolvimento de nano-partículas em formato de flores com um desempenho eletrônico superior ao dos materiais convencionais para baterias. Essas “nanoflores” podem alimentar dispositivos eletrônicos da próxima geração, dizem os cientistas na edição programada para 8 de outubro da publicação mensal da ACS Nano Letters.
Gaoping Cao e seus colegas apontam o fato de que as nanoflores não são novidade. Pesquisadores desenvolveram vários tipos de nano-partículas em formato de flores, usando diferentes materiais, inclusive óxido de manganês, o componente metálico chave nas baterias convencionais. Porém essas nanoflores das gerações mais velhas não eram adequadas para os produtos eletrônicos do futuro, que precisarão de mais potência e maior durabilidade das baterias, dizem os pesquisadores
No novo estudo, os cientistas criaram, em primeiro lugar, aglomerados de nano-tubos de carbono, filamentos de carbono puro, 50.000 vezes mais finos do que um cabelo humano, conhecidos por sua superior condutividade elétrica. Então, os cientistas depositaram óxido de manganês sobre os nano-tubos usando uma técnica simples e barata de revestimento, chamada “eletrodeposição”, obtendo aglomerados nanométricos parecidos com pequenos dentes-de-leão quando vistos em um microscópio eletrônico. O resultado final foi um sistema para baterias com uma maior capacidade de armazenagem de energia, maior vida útil e maior eficiência do que os materiais convencionais para baterias, é o que afirmam os pesquisadores.

Novos medicamentos para a esquizofrenia

Novas abordagens científicas acerca da esquizofrenia apontam para novas drogas que oferecem esperanças para milhões de pessoas que sofrem da doença — a mais séria forma de doenç mental, de acordo com um artigo previsto para a edição de 15 de setembro do semanário Chemical & Engineering News, da ACS. A esquizofrenia afeta cerca de 25 milhões de pessoas, ou cerca de 1% das pessoas adultas no mundo.
No artigo, a Editora Assistente do C&EN, Carmen Drahl, observa que os medicamentos existentes ara a esquizofrenia, os assim chamados antipsicóticos, ajudam a melhorar alguns sintomas, tais como alucinações e fala sem nexo. No entanto, eles não lidam com todos os sintomas da doença, tais como a falta de motivação e dificuldades na tomada de decisões.
Os pesquisadores, agora, estão indo além das drogas tradicionais que, geralmente, têm como alvo a neurotransmissão de dopamina, e se focalizando em novos alvos que podem atacar um espectro mais amplo de sintomas. O artigo descreve testes em animais e pessoas de várias drogas potenciais novas que têm como alvo novos focos da doença, tais como o sistema neurotransmissor de glutamato, um receptor de acetilcolina nicotínico e um canal de transmissão de sinais mediado por nucleotídeos cíclico. Essas novas substâncias parecem auxiliar a aliviar uma maior gama de sintomas, enquanto causa menos efeitos colaterais, observam os pesquisadores. “Ainda estamos tentando compreender os mecanismos básicos da esquizofrenia, o que, esperamos, pode levar a tratamentos mais eficazes que tenham como alvo características cruciais da doença”, observa um expert independente.
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O PressPac da American Chemical Society é traduzido com expressa permissão da Sociedade Americana de Química e, em alguns casos, fornece o link para os originais em inglês.
Como eu digo nas traduções do Physics News Update, correções são bem vindas.
Nota do tradutor: a versão online só foi publicada hoje!… Vamos ver quanto tempo demora para aparecer a edição prevista para amanhã (17 de setembro)



Nano cargueiros

University of California – San Diego

Pesquisadores desenvolvem “nano navios cargueiros”para atingir e destruir tumores



O estudante de pós-graduação da UCSD, Ji-Ho Park, segura um frasco que contém os navios cargueiros nanométricos, compostos de uma nano-partícula magnética, um ponto quântico fluorescente e uma molécula de droga anti-câncer que serão “desembarcados” no local do tumor.Foto de Luo Gu, UCSD.


Cientistas desenvolveram “navios cargueiros” nanométricos que podem navegar pelo corpo através da corrente sanguínea sem atrair a detecção imediata dos “radares imunológicos” do corpo e transportar sua carga de drogas anti-câncer e sinalizadores até tumores que poderiam, de outra forma, continuar sem tratamento ou mesmo passarem despercebidos.

Em um artigo a ser publicado no periódico alemão de química Angewandte Chemie, cientistas da Universidade da Califórnia em San Diego, Universidade da Califórnia em Santa Barbara e do Massachusetts Institute of Technology relatam que seu sistema de nano-navios-cargueiros integram as funções terapêutica e diagnóstica em um único dispositivo que evita uma rápida neutralização pelo sistema imunológico natural do corpo. O artigo está acessível em uma versão antecipada online em: http://www3.interscience.wiley.com/journal/121376053/abstract?CRETRY=1&SRETRY=0

“A idéia é encapsular agentes de imageamento e drogas em uma “nave mãe” protetora que consiga se evadir dos processos que, normalmente, eliminariam suas “cargas” se estas estivessem desprotegidas”, diz Michael Sailor, professor de química e bioquímica na UCSD que capitaneou a equipe de químicos, biólogos e engenheiros que transformaram o poético conceito em realidade. “Estas naves mães têm somente 50 nanômetros de diâmetro, ou seja: 1.000 vezes menores do que o diâmetro de um fio de cabelo humano, e são equipadas com um dispositivo de moléculas em suas superfícies que as torna capazes de encontrar e penetrar em células cancerosas no corpo”.



Um frasco com nano navios de drogas anti-câncer brilha em vermelho sob uma luz negra. As partículas brilham em vermelho porque contém nanopartículas fluorescentes tipo “ponto quântico”.
Foto de Luo Gu, UCSD

Esses navios cargueiros microscópicos podem, um dia, fornecerem os meios para enviar com maior eficiência drogas tóxicas para tumores em altas concentrações, sem causar impactos negativos em outras partes do corpo.

“Muitas drogas parecem promissoras no laboratório, porém falham quando usadas em pessoas porque não alcançam o tecido doente a tempo ou em concentrações suficientemente altas para serem eficazes”, diz Sangeeta Bhatia, um médico, bioengenheiro e professor de Ciência e Tecnologia de Saúde no MIT que desempenhou um papel chave no desenvolvimento. “Essas drogas não têm a capacidade de evitar as defesas naturais do corpo ou de distinguir entre seus alvos e os tecidos sadios. Além disso, nós não dispomos de ferramentas para detectar doenças como o câncer nos estágios mais iniciais de seu desenvolvimento, que é quando as terapias podem ser mais eficazes”.

Os pesquisadores projetaram o casco dos navios para despistarem o sistema imunológico, construindo-os com lipídios especialmente modificados — um componente primário da superfície das células naturais. Os lipídios foram modificados de maneira tal que lhes permita circular pela corrente sanguínea por muitas horas, antes de serem eliminados. Isto foi demonstrado pelos pesquisadores em uma série de experiências com ratos.



Os navios de carga nanométricos se parecem com um coração de noz com cobertura de chocolate, no qual um lipídio biocompatível faz as vezes da cobertura de chocolate e as nano-partículas magnéticas e a droga doxorubicina são o coração da noz.
Foto: Ji-Ho Park, UCSD


Os pesquisadores também projetaram o material do casco para ser suficientemente forte para impedir a liberação acidental de sua carga durante a circulação na corrente sanguínea. Presa à superfície do casco, fica uma proteína chamada F3, uma molécula que gruda em células cancerosas. Preparada no laboratório de Erkki Ruoslahti, um biólogo celular e professor do Burnham Institute for Medical Research na UC Santa Barbara, a F3 foi projetada para especificamente mirar na superfície de células cancerosas e, daí, se transportar para dentro de seus núcleos.

“Agora estamos construindo a próxima geração de nano-dispositivos de busca ativa de tumores”, disse Ruoslahti. “Esperamos que esses dispositivos melhorem o imageamento diagnóstico do câncer e permita estabelecer com precisão os alvos dos tratamentos nos tumores cancerosos”.

Os pesquisadores carregaram seus navios com três cargas, antes de injetá-los em ratos. Dois tipos de nano-partículas: óxido de ferro superparamagnético e pontos quânticos fluorescentes, forma colocados no porão de carga do navio, juntamente com a droga anti-câncer doxorubicina. As nano-partículas de óxido do ferro permitem que o navio apareça em um imageamento por Ressonância Magnética (MRI), enquanto os pontos quânticos podem ser vistos com outra ferramenta de imageamento, um escâner de fluorescência.

“O imageamento por fluorescência dá uma resolução de imagem maior do que a MRI,” diz Sailor. “Se pode imaginar um cirurgião identificando a localização específica de um tumor no corpo, antes da cirurgia, com uma MRI e, então, usando um imageamento por fluorescência para achar e remover todas as partes do tumor durante a operação”.

A equipe, com surpresa, descobriu em suas experiências que uma mesma nave mãe pode transportar várias nano-partículas de óxido de ferro, o que aumenta seu brilho durante um MRI.

“A capacidade dessas nano-estruturas em carregar mais de uma nano-partícula de material superparamagnético as torna mais fáceis de ver com MRI, o que se pode traduzir em uma detecção mais precoce de tumores menores”. diz Sailor. “O fato de que as naves podem carregar cargas altamente diferentes — uma nano-partícula magnética, um ponto quântico fluorescente e uma pequena molécula de droga — foi uma surpresa real”.

Os pesquisadores observaram que a construção desses assim chamados “nano-sistemas híbridos” que contém vários tipos diferentes de nano-partículas, está sendo explorado por diversos outros grupos de pesquisa. Embora esses híbridos tenham sido empregados em várias aplicações em laboratório fora de sistemas vivos, disse Sailor, eles são limitados as estudos in vivo, ou dentro de organismos vivos, particularmente para imageamento e terapia de câncer.

“Isto se deve à pequena estabilidade e dos curtos tempos de circulação dentro do sangue, normalmente observados para essas nano-estruturas mais complexas”, acrescenta ele. Por isso, este último estudo é original de uma forma importante.

“O presente estudo é o primeiro exemplo de um único nano-material sendo usado simultaneamente para transporte de drogas e imageamento multimodal de tecidos doentes em um animal vivo”, dise Ji-Ho Park, um estudante de pós-graduação do laboratório de Sailor que fez parte da equipe. Geoffrey von Maltzahn, um estudante de pós-graduação que trabalhou no laboratório de Bhatia, tabé esteve envolvido no projeto que foi financiado pelo National Cancer Institute do National Institutes of Health.

As nano naves mães se parecem com um coração de noz coberto com uma camada de chocolate, no qual um lipídio biocompatível forma a camada de chocolate e as nano-partículas magnéticas, os pontos quânticos e as moléculas da droga doxorubicina são o coração da noz. Elas navegam através da corrente sanguínea em grupos que, vistos com um microscópio eletrônico, se parecem com cordões de pérolas rompidos.

Os pesquisadores estão agora trabalhando no desenvolvimento de maneiras para dar um tratamento no casco exterior das nano naves com “CEPs” específicos, que lhes permita chegarem a tumores, órgãos e outros “endereços” específicos no corpo.

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Filme disponível em: http://luminance.ucsd.edu/video/nanoships.mov

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Eu me pergunto o quanto dessa alegoria com “navios cargueiros” não vem do nome do pesquisador-chefe… Se ele se chamasse “Pilot”, certamente estaríamos falando em “aviões de bombardeio”…

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