No meio da (micro)multidão

Sabe quando você está numa estação de metrô lotada? Todo mundo está praticamente parado mas aí você reconhece alguém (teu crush, um amigo de infância, o carinha que vende chocolates) no meio da multidão. Vocês se reconhecem, tentam se aproximar e (quase) conseguem. Segundo uma pesquisa recém-publicada, isso também acontece com multidões de corpos bem pequenos, como células e micropartículas.

Há muito se sabe que corpúsculos como grãos de poeira ou de areia podem interagir por efeitos químicos, elétricos ou magnéticos. Mas o que uma equipe de pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Massachussetts (MIT) e da Universidad Nacional Autónoma de México acaba de observar em meio líquido é um novo tipo de interação particular — uma interação dinâmica e de longa distância. Essa nova interação pode-se aplicar a qualquer tipo de coisinha que se mova, sejam células vivas ou partículas de metal magnetizadas.

Professor-associado de Engenharia e Ciência dos Materiais no MIT, Alfredo Alexander-Katz investiga os chamados sistemas de matéria ativa em microescala. Cardumes de peixes, revoadas de pássaros, nuvens de abelhas, multidões humanas são exemplos de sistemas ativos em escala visível. Nesses sistemas, cada participante reage apenas aos seus vizinhos, mas o resultado é um movimento coletivo mais ou menos coerente e que ocupa uma região muito maior que cada indivíduo.

Para Alexander-Katz e seus colaboradores, a mesma coisa ocorre em escalas muito menores, como em células suspensas em fluido ou mesmo organelas dentro dessas células. Para comprovar isso, foi necessário usar pequenas grandes multidões de partículas com uns poucos micrômetros de largura (essa é a mesma escala das células).

Algumas poucas dessas micropartículas eram metálicas e magnéticas. Misturadas com uma maioria de partículas magneticamente inertes, foram suspensas em água. Sob a influência de um campo magnético, as micropartículas metálicas começavam girar, simulando os movimentos de células vivas em meio a objetos inanimados ou relativamente inertes — como acontece quando células atravessam um tecido.

O comportamento dessas micromultidões foi descrito por Alexander-Katz et. al. em artigo recém-publicado na Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). Segundo o paper, as partículas giratórias tendem a se aproximar, mesmo que estejam separadas por uma distância dezenas de vezes maior que seu diâmetro. Esse movimento de atração ocorre de maneira lenta e um tanto aleatória, mas o resultado era bastante efetivo: as partículas magnéticas ficavam quase juntas.

Quanto mais giravam, mais intensa a força de atração entre as partículas. A velocidade é importante mas não é o único fator crítico. Curiosamente, esse efeito atrativo só foi observado na presença das partículas inativas. “Na ausência de partículas inativas praticamente não havia interação”, observou Alexander-Katz em comunicado divulgado no Phys.org. Essa atração, segundo ele, “não é química, não é magnética e não é eletrostática. É baseada apenas na atividade [das partículas que se atraem]”.

Esse resultado pode se mostrar útil em diversos campos. A aplicação mais óbvia seria na biologia, onde o comportamento de sistemas ativos naturais (sejam células ou multidões humanas) pode ser mais bem compreendido. A descoberta também pode ajudar no desenvolvimento de sistemas ativos sintéticos, como nanorrobôs capazes de aplicar medicamentos em áreas específicas do organismo. Também seria últil na eletrônica, especialmente no desenvolvimento de sistemas baseados em estruturas cristalinas.

Referência

STEIMEL, Joshua P. et. al. Emergent ultra–long-range interactions between active particles in hybrid active–inactive systems [Interações emergentes de ultra-longo-alcance entre partículas ativas em sistemas híbridos ativos/inativos]. PNAS. Published online before print April 11, 2016, doi: 10.1073/pnas.1520481113

Créditos da imagem de abertura: Diego3336 via VisualHunt.com / CC BY