Tecnologias emergentes: veja o que o futuro lhe reserva

Tecnologias emergentes

A Fundação Nacional de Ciências dos Estados Unidos divulgou os resultados de sua chamada para o desenvolvimento de tecnologias emergentes.

O anúncio é aguardado como um indicador das tecnologias mais promissoras para o médio e longo prazos, uma vez que a entidade aposta em ideias que já apresentam uma massa crítica significativa, com várias equipes trabalhando simultaneamente nos mesmos conceitos.

Neste ano, foram contempladas três áreas ligadas à nanotecnologia, que serão desenvolvidas por 68 pesquisadores de 26 instituições diferentes.

As equipes vão receber os recursos necessários para prosseguir em seus projetos em três áreas emergentes: sistemas eletrônicos flexíveis, projetos de materiais e estruturas automontantes e autodobráveis e otimização da fabricação de produtos químicos em larga escala a partir da fotossíntese.

Os resultados prometem melhorar a saúde humana, otimizar os sistemas de engenharia e fabricação e garantir a sustentabilidade energética.

A eletrônica flexível é promissora pela possibilidade de interligar o poder da eletrônica com o biológico, sobretudo com o corpo humano. [Imagem: J. Rogers/University of Illinois]

Sistemas bioeletrônicos flexíveis

Alguns dos potenciais da eletrônica flexível foram demonstrados recentemente com a criação decircuitos eletrônicos biodegradáveis, que dissolvem no corpo, e de umapele eletrônica ativa capaz de monitora e controlar a saúde.

Agora, quatro equipes pretendem desenvolver novas capacidades para que a eletrônica ajude a cuidar ainda mais da saúde.

Integrando a microeletrônica com substratos adaptáveis, esses sistemas bioeletrônicos flexíveis vão interagir diretamente com o corpo para levar o monitoramento e os tratamentos médicos a um nível sem precedentes.

Os pesquisadores vão desenvolver novos equipamentos e novos materiais flexíveis, interfaces entre aparelhos eletrônicos e materiais biológicos e novas abordagens de integração de sistemas.

Os novos conceitos deverão atender a requisitos de biocompatibilidade, peso, consumo de energia, escalabilidade e custo.

Os projetos visam alguns resultados específicos, como detecção de tumores, cicatrização de ferimentos e identificação de toxinas e bactérias.

"As equipes trabalharão também com técnicas avançadas de escalabilidade, de modo que, no futuro, os sistemas bioeletrônicos flexíveis possam ser amplamente disponíveis a baixo custo," disse Usha Varshney, coordenadora da área.

A arte do origami está inspirando os cientistas a reinventarem os processos fabris. [Imagem: Daniela Rus/MIT]

Origami e automontagem

Um segundo conjunto de equipes vai explorar a dobragem e o desdobramento de materiais e estruturas para criar sistemas de multifuncionais que se montem sozinhos.

Os oito projetos financiados terão por base princípios e padrões da arte do origami, a fim de projetar estruturas que possam fazer a transição entre duas e três dimensões - passar de folhas (2D) para objetos (3D).

No processo, os pesquisadores também vão abordar os desafios na modelagem de projetos e comportamentos complexos, na migração da escala de laboratório para a escala industrial e no trabalho dos materiais ativos, ou "materiais inteligentes".

Materiais ativos são aqueles que podem mudar sua forma, tamanho e/ou propriedades físicas, mediante mudanças de temperatura, pressão, campos eletromagnéticos e outros aspectos de seu ambiente.

Com esses materiais, os pesquisadores planejam criar estruturas e sistemas inteiros partindo de peças individuais que sejam flexíveis, elásticas e resistentes.

• Areia auto-escultora: Microrrobôs "desbastam-se" para formar objetos

"Engenheiros, cientistas, artistas e matemáticos vão trabalhar em conjunto para descobrir como criar estruturas simples que possam colapsar ou se montar, e até mesmo de alterar funções conforme desejado," disse Clark Cooper, coordenador da área de projetos de origami.

Segundo ele, as tecnologias que serão desenvolvidas deverão ter impactos tão diversos quanto no armazenamento de informações, em estruturas aeroespaciais e em dispositivos médicos.

As biorrefinarias, ou biofábricas, já funcionam bem como conceito em biochips, mas a ideia agora é torná-las viáveis em escala industrial. [Imagem: Arum Han/TA&M University]

Biorrefinarias fotossintéticos

O terceiro conjunto de equipes vai investigar o uso, em larga escala, de microrganismos que usam a energia solar para produzir produtos químicos e combustíveis a partir do dióxido de carbono (CO2).

Algumas algas unicelulares, por exemplo, utilizam a fotossíntese para converter dióxido de carbono atmosférico e água em lipídeos e hidrocarbonetos - o petróleo, o carvão e o gás natural, por exemplo, são hidrocarbonetos.

• Bactéria vira biofábrica de matéria-prima para plástico

Entretanto, a viabilização das "biorrefinarias" baseadas na fotossíntese artificial - que possam realizar esse processo em escala industrial - precisam primeiro superar desafios significativos, incluindo a baixa produtividade e a sustentabilidade ambiental.

Os pesquisadores também vão explorar formas de obter vários compostos de alto valor agregado, seja usando uma matriz de microrganismos, seja pela combinação de processos biológicos com catálise química.

Cada projeto deverá buscar a eficiência e a sustentabilidade por várias vias, por exemplo, através da utilização de águas residuais como uma fonte de nutrientes de baixo custo para os microrganismos.

Referencias.

http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=tecnologias-emergentes-futuro&id=010165121002

Criada célula solar com uma única molécula

O fotossistema-I é excitado opticamente por um eletrodo (no alto). Cada elétron é transferido passo a passo em apenas 16 nanossegundos.[Imagem: Christoph Hohmann/Nanosystems Initiative Munich]

Proteína fotossintética

Pesquisadores alemães construíram uma célula solar molecular, formada por uma única proteína fotossintética.

As proteínas recebem os fótons da luz solar e liberam correntes de elétrons de forma muito eficiente.

A molécula utilizada é conhecida como centro de reação fotossintética-I, essencialmente uma clorofila encontrada nas membranas dos cloroplastos de cianobactérias.

Plantas, algas e algumas bactérias usam a fotossíntese para converter a energia solar na energia química que precisam para viver.

Joachim Reichert e seus colegas da Universidade Técnica de Munique estão estudando os primeiros passos desse processo, quando a luz é absorvida e os elétrons são liberados.

O objetivo final do estudo é criar formas de imitar esse processo, por meio de mecanismos conhecidos como fotossíntese artificial.

Imitação celular

Até agora, ninguém havia conseguido montar experimentos sensíveis o suficiente para medir as fotocorrentes geradas por uma única proteína.

A equipe alemã fez isto conectando a proteína a eletrodos de ouro por meio de grupos cisteína. A seguir, eles usaram a ponta de um microscópio de rastreamento para medir a corrente.

O experimento dá informações importantes sobre os sistemas fotossintéticos naturais, o que pode ajudar a projetar sistemas artificiais que imitem o mecanismo.

Contudo, dificilmente essas células solares moleculares se tornarão a base para sistemas práticos de geração de energia.

Isso porque as proteínas são muito sensíveis, degradando-se rapidamente fora de suas condições naturais nos organismos vivos.

Bibliografia:

Photocurrent of a single photosynthetic protein
Daniel Gerster, Joachim Reichert, Hai Bi, Johannes V. Barth, Simone M. Kaniber, Alexander W. Holleitner, Iris Visoly-Fisher, Shlomi Sergani, Itai Carmeli
Nature Nanotechnology
Vol.: Published online
DOI: 10.1038/nnano.2012.165

Material sobre Nanociência

Acesse.... bem interessante.

Olhar Nano

Cientistas do Rio desenvolvem novo tratamento contra metástase óssea - nanopartículas.

http://g1.globo.com/jornal-nacional/noticia/2012/08/cientistas-do-rio-desenvolvem-novo-tratamento-contra-metastase-ossea.html

Nanopartículas de ouro destroem moléculas de DNA

Redação do Site Inovação Tecnológica - 25/06/2012

Os ligantes com carga positiva fizeram seu trabalho de levar as nanopartículas de ouro até as moléculas de DNA, mas os ligantes hidrofóbicos causaram a aglomeração das nanopartículas, rasgando a molécula de DNA.[Imagem: Yaroslava Yingling/NCSU]

Nanopartículas funcionalizadas

Uma pesquisa que não deu certo levantou possibilidades entusiasmantes de um lado, mas acendeu luzes de alerta do outro.

Os pesquisadores da Universidade da Carolina do Norte, nos Estados Unidos, descobriram que nanopartículas de ouro juntam-se para desconstruir a dupla hélice das moléculas de DNA - elas literalmente "rasgam" o DNA, destruindo a molécula.

O experimento tinha como objetivo criar pacotes de material para uso em terapias genéticas. As nanopartículas de ouro são as mais pesquisadas para todo o tipo de terapias no corpo humano, incluindo os chamados medicamentos inteligentes, porque elas são inertes.

Como de costume, as nanopartículas de ouro, com aproximadamente 1,5 nanômetro de diâmetro cada uma, receberam um revestimento com moléculas orgânicas, os chamados ligantes, que permitem que elas se dirijam para os pontos onde são necessárias.

Uma parte dessas moléculas ligantes tem carga positiva, enquanto o restante tem a propriedade da hidrofobicidade, ou seja, elas são repelidas pela água.

A seguir, as nanopartículas funcionalizadas foram mergulhadas em uma solução com moléculas de DNA.

Rasgando o DNA

As moléculas positivamente carregadas, como previsto, fizeram com que as nanopartículas aderissem às moléculas de DNA, que são sempre negativas - elas precisam fazer isso para levar a "carga genética", o material que irá alterar os genes que se deseja.

"Mas nós descobrimos que o DNA estava na verdade sendo desdobrado pelas nanopartículas de ouro," conta o Dr. Anatoli Melechko, líder da pesquisa.

O que ocorreu foi que as moléculas hidrofóbicas embaraçaram-se umas nas outras. Conforme esse embaraçamento fazia com que as nanopartículas se aglomerassem, o conjunto crescia e ia desfazendo a hélice do DNA.

Bioeletrônica

O mecanismo é promissor para alguns campos emergentes, como o origami de DNA, que permite a construção de nanoestruturas complexas.

• A incrível arte de montar objetos com átomos e moléculas

A eletrônica baseada no DNA, que pesquisa formas de usar moléculas de DNA como molde para a criação de circuitos nanoeletrônicos, também poderá ser beneficiada.

Recentemente, pesquisadores criaram bits genéticos usando moléculas de DNA e umcomponente eletrônico com sangue humano, além de ter demonstrado que aeletrônica analógica imita reações em células vivas.

Perigo das nanopartículas

Por outro lado, as nanopartículas de ouro, por serem inertes, são as preferidas para experimentos com medicamentos inteligentes e outras formas de uso da nanotecnologia no interior do corpo humano.

Para isso, elas precisam ser funcionalizadas, recebendo revestimentos de moléculas orgânicas, como aconteceu neste experimento - embora não necessariamente com as mesmas moléculas.

Mas os resultados lançam preocupações sobre as interações das nanopartículas com as células vivas, devido a um potencial de destruição do DNA.

Em suma, o experimento que estava sendo conduzido, de terapia genética, mostrou exatamente como não se deve fazer as coisas.

"Ficou claro que precisamos ajustar os ligantes, a carga e a composição química desses materiais para garantir que a integridade estrutural do DNA seja mantida," admitiu Yaroslava Yingling, membro da equipe.

Bibliografia:

Weakly Charged Cationic Nanoparticles Induce DNA Bending and Strand Separation
Justin G. Railsback, Abhishek Singh, Ryan C. Pearce, Timothy E. McKnight, Ramón Collazo, Zlatko Sitar, Yaroslava G. Yingling, Anatoli V. Melechko
Advanced Materials
Vol.: Article first published
DOI: 10.1002/adma.201104891

Curso em Nanociências

Medicamentos são produzidos com energia solar e CO2

Química fina

As florestas de nanofios capturam os fótons da luz solar, gerando elétrons que são usados para fixar o CO2, iniciando uma série de reações em cadeia que produzem os elementos básicos de medicamentos analgésicos e anti-inflamatórios. [Imagem: Angewandte Chemie]

Cientistas da Universidade de Boston, nos Estados Unidos, fizeram uma combinação inusitada.

Usando a nanotecnologia, eles construíram um dispositivo que usa a energia solar para produzir medicamentos.

O processo é uma espécie defotossíntese artificial, que várias equipes estão tentando desenvolver para produzir hidrogênio ou eletricidade.

Mas Dunwei Wang e Kian Tan fizeram algo diferente.

Eles usaram a energia captada da luz do Sol para induzir reações químicas capazes de sintetizar os componentes básicos de dois medicamentos de largo uso, um analgésico e um anti-inflamatório.

Seletividade

Segundo os pesquisadores, a técnica possui a seletividade necessária para produzir compostos orgânicos intermediários necessários para produzir não apenas produtos farmacêuticos, mas também outras substâncias da química fina, de alto valor agregado.

"Há um benefício gigantesco na possibilidade de usar dióxido de carbono e luz para alimentar reações da química orgânica. Isso vai permitir que você elimine a etapa intermediária de uso de derivados de combustíveis fósseis, substituindo-os pela luz do Sol," disse Tan.

A demonstração inédita foi obtida pela junção de dois campos de pesquisas, o desenvolvimento de materiais e a química sintética.

Ataque ao dióxido de carbono

Durante a fotossíntese, as plantas capturam a luz do Sol e usam essa energia e o dióxido de carbono para alimentar as reações químicas das quais dependem para viver.

Os pesquisadores usaram uma malha de nanofios de silício como célula solar. Os elétrons liberados pelos átomos nos nanofios são transferidos para as moléculas orgânicas para induzir as reações químicas.

Na demonstração, os elétrons atingiam acetonas aromáticas, que se tornavam ativas, "atacando" e se ligando às moléculas de dióxido de carbono.

A seguir, depois de fixado o CO2, o sistema gera ácidos αhidroxi, que permitiram a criação dos precursores do ibuprofeno e do naproxeno.

"O esquema de reação lembra muito de perto a fotossíntese natural, e apresenta um rendimento de 98% e alta seletividade," disseram os pesquisadores.

O feito mereceu a capa da edição de Julho da renomada Angewandte Chemie.

Bibliografia:

Silicon Nanowires as Photoelectrodes for Carbon Dioxide Fixation
Rui Liu, Guangbi Yuan, Candice L. Joe, Thomas E. Lightburn, Kian L. Tan, Dunwei Wang
Angewandte Chemie International Edition
Vol.: 51, Issue 27, page 6537
DOI: 10.1002/anie.201204212

LEDs inspirados em vagalumes não precisarão de energia

Bioluminescência

Em um futuro não tão distante, você poderá comprar luzes de Natal que piscarão como vagalumes, mas em diversas cores, sem depender de energia elétrica.

A nanotecnologia permitiu recriar artificialmente a bioluminescência dos vagalumes com uma eficiência de 20 a 30 vezes maior. [Imagem: Alam et al./Nano Letters]

Cientistas da Universidade de Siracusa, nos Estados Unidos, descobriram uma forma de sintetizar a luz natural produzida pelos animais, a chamada bioluminescência.

A luz dos vagalumes é um dos exemplos de bioluminescência mais eficientes encontrados na natureza, com uma luz extremamente brilhante.

Rabeka Alam e seus colegas usaram a nanotecnologia para recriar artificialmente a bioluminescência natural dos vagalumes com uma eficiência de 20 a 30 vezes maior do que já havia sido obtido anteriormente.

Eles criaram uma estrutura semicondutora, que eles chamam de nanobastões quânticos, formada por uma camada externa de sulfeto de cádmio e um núcleo de seleneto de cádmio, às quais são ligadas enzimas copiadas dos animais.

"Nós descobrimos uma forma de imitar a biologia para aplicações não-biológicas, manipulando a interface entre componentes biológicos e não-biológicos," disse Mathey Maye, coordenador do estudo.

Luciferina e luciferase

Os vagalumes geram sua luz por meio de uma reação química entre a luciferina e a enzima luciferase.

Na luminescência sintética, a luciferase é conectada aos nanobastões, aos quais é posteriormente adicionada a luciferina, que funciona como uma espécie de combustível.

A energia liberada pela interação entre o combustível e a enzima é transferida para os nanobastões, fazendo-os brilhar com muito intensidade.

O processo é chamado "bioluminescência ressonante por transferência de energia" (BREST: Bioluminescence Resonance Energy Transfer).

Alterando o tamanho do núcleo e o comprimento do nanobastão, é possível alterar a cor da da luz gerada pelo componente. [Imagem: Syracuse University]

"O truque para aumentar a eficiência do sistema está em diminuir a distância entre a enzima e a superfície do bastão, além de otimizar a arquitetura dos bastões," disse Maye.

LEDs sem eletricidade

E o truque faria inveja aos vagalumes: se eles conseguissem fazer o mesmo, poderiam brilhar em verde, laranja ou vermelho. É que, mudando o tamanho do núcleo e o comprimento do nanobastão, é possível alterar a cor da luz gerada.

Os pesquisadores conseguiram gerar até luz infravermelha, importante para aplicações como telescópios, câmeras, imageamento digital e óculos de visão noturna.

Os cientistas agora querem reproduzir os experimentos em maior escala e de forma sustentada por longos períodos, com vistas a desenvolver aplicações práticas para a tecnologia.

"Os nanobastões são feitos com os mesmos materiais usados nos chips de computadores, painéis solares e LEDs," disse Maye. "É possível vislumbrar que, no futuro, nossos nanobastões-vagalumes possam ser usados em luzes do tipo LED que você não precisará ligar na tomada."

Bibliografia:

Designing Quantum Rods for Optimized Energy Transfer with Firefly Luciferase Enzymes
Rabeka Alam, Danielle M. Fontaine, Bruce R. Branchini, Mathew M. Maye
Nano Letters
Vol.: 12 (6), pp 3251-3256
DOI: 10.1021/nl301291g

A incrível arte de montar objetos com átomos e moléculas

Redação do Site Inovação Tecnológica - 12/05/2012

Montar uma caixa, algo trivial em escala humana, torna-se um desafio quando é preciso acondicionar nanopartículas ou picolitros de alguma substância. [Imagem: NSF]

Brincadeira de cientista

Montar objetos usando peças que você consegue ver e pegar é tão fácil que virou literalmente brincadeira de criança.

É assim também que são montadas todas as máquinas que usamos, de torradeiras e automóveis, até navios e naves espaciais.

Mas átomos e moléculas não podem ser manipulados tão facilmente quanto porcas e parafusos.

Empenhados em desenvolver técnicas que permitam a fabricação de dispositivos ultraminiaturizados, de nanorrobôs a memórias de computador que consigam armazenar mais dados por área, os cientistas estão tendo que criar ferramentas totalmente novas.

Esse desafio, que depende de um auxílio especialmente intenso da matemática, está sendo vencido aos poucos, com pinças de luz, moldes de DNA, alicates magnéticos e vários outros artifícios.

Há 43.480 jeitos diferentes de dobrar um dodecaedro. A vantagem é que, em nanoescala, ele vira uma caixa sozinho. [Imagem: Gracias/Menon/NSF]

Matemática da nanotecnologia

Imagine montar uma caixa, algo trivial em escala humana, mas que se torna um desafio quando é preciso acondicionar nanopartículas ou picolitros de alguma substância.

Mas, vencido o desafio, há uma grande vantagem: as nanocaixas montam-se sozinhas.

É verdade que David Gracias, da Universidade Johns Hopkins não teria nem começado a construir suas caixas tridimensionais automontantes sem a ajuda da matemática.

Foi Govind Menon, da Universidade Brown, quem descreveu matematicamente como os materiais planos deveriam ser cuidadosamente cortados para que resultassem em caixas perfeitamente lacradas, que poderão ser usadas para levar medicamentos para o interior do corpo humano.

"Há 43.480 jeitos diferentes de dobrar um dodecaedro," disse Menon.

"Da mesma forma que a natureza monta tudo, de conchas do mar a pedras preciosas, sempre de de baixo para cima, a ideia da automontagem promete se tornar uma técnica totalmente nova de fabricar objetos partindo de átomos e moléculas," completa Gracias.

Depois de feitos os cortes com precisão, tudo o que é necessário fazer é aquecer o material para que, sozinho, ele crie a nanodobradura com perfeição.

As folhas são fabricadas por uma técnica de impressão, e depois se dobram com água. [Imagem: Zina Deretsky/NSF]

Pétalas que se fecham

O trabalho de Christian Santangelo e Ryan Hayward, da Universidade Massachusetts-Amherst é muito parecida - na verdade é complementar à de Gracias e Menon.

Eles empregaram técnicas fotográficas para imprimir folhas de polímeros já nos formatos adequados às dobraduras.

Em vez do calor, contudo, as folhas dobram-se no formato desejado apenas com a adição de água - a tensão superficial de microgotas é suficiente para levantar as "pétalas" das flores impressas.

As estruturas 3D finais são mais parecidas com sacos do que com caixas, e são curadas para permanecer na posição definitiva com luz ultravioleta.

As estruturas metálicas têm detalhes estruturais 100 vezes menores do que uma bactéria. [Imagem: Scott Warren/Uli Wiesner/Cornell]

Nanotecnologia metálica

Scott Warren e Uli Wiesner, da Universidade de Cornell, preferem montar estruturas metálicas.

Eles desenvolveram uma tecnologia capaz de fazer com que folhas metálicas sigam seu próprio caminho, automontando-se em caixas cujos detalhes estruturais são 100 vezes menores do que uma bactéria.

Ao contrário das grandes fábricas de produtos metálicos, às voltas com altos-fornos e grandes prensas, ananometalurgia usa polímeros, frágeis e moles, para guiar as folhas de metal, que não são assim tão duras quando têm apenas poucos átomos de espessura.

Trabalhar com metais tem outro foco de aplicações, que inclui catalisadores mais eficientes e mais baratos para células a combustível e estruturas que guiam a luz para transportar mais informações no interior dos processadores fotônicos.

As partículas ocas serão nanorreatores, no interior dos quais quantidades ínfimas de compostos poderão reagir em condições estritamente controladas. [Imagem: Michael D. Ward/New York University]

Nanorreatores

Mike Ward, da Universidade de Nova Iorque, não gosta tanto de dobraduras, e desenvolveu uma técnica para criar nanopartículas cristalinas já ocas.

Segundo ele, a criação do espaço vazio garante mais pureza da nanocaixa, evitando reações químicas indesejadas.

E o químico não poderia estar interessado em outra coisa que não fazer reações químicas: suas nanopartículas ocas foram projetadas para serem nanorreatores, no interior dos quais quantidades ínfimas de substâncias químicas poderão ser postas para reagir, em condições estritamente controladas.

"Nós queremos criar estruturas que sirvam como um 'hotel' para moléculas 'convidadas'," disse Ward.

"Isso tornará possível separar os compostos químicos por tamanho das moléculas ou fazer reações em locais bem definidos e isolados, o que dará maior controle sobre a reatividade química e os produtos finais da reação," completa ele.

Os vasos de DNA não deixam nada a dever aos vasos e peças decorativas e funcionais de cerâmica. [Imagem: Hao Yan/Arizona State University]

Origami e arte

Hao Yan e Yan Liu, da Universidade do Estado do Arizona, estão entre os muitos que apostam nas moléculas de DNA e suas incríveis capacidades de conexão, que se encaixam apenas nos locais adequados.

Isso dá uma flexibilidade e uma precisão na montagem que não se consegue, ainda, obter de outro modo.

Usando a técnica, adequadamente batizada de origami de DNA, que já foi usada até para construirnanorrobôs que andam, os cientistas estão criando estruturas que não deixam nada a dever aos vasos e peças decorativas de cerâmica.

De novo, a vantagem é que os receptáculos podem ser projetados com antecedência, deixando a a montagem por conta das fitas de DNA, que recusam-se a se ficar nos locais inadequados, garantindo peças sempre perfeitas.

Veja mais detalhes desta incrível "arte nanotecnológica" na reportagem Origami de DNA cria nanoestruturas 3-D.

A técnica de nanoconstrução guia as partículas por magnetismo, permitindo a criação de estruturas com vários materiais. [Imagem: Benjamin Yellen]

Montagem magnética mista

Benjamin Yellen, da Universidade de Duke, também prefere as automontagens, mas no lado "duro" da nanotecnologia.

Em vez de moléculas biológicas, ele está usando nanopartículas cristalinas, que podem ser metálicas ou cerâmicas.

Feitas as partículas, elas encontram seu caminho para montar as estruturas desejadas quando detectam variações em sua concentração ou na presença de campos magnéticos.

Yellen também precisou da matemática para conseguir isso.

"Nós não apenas desenvolvemos o arcabouço teórico dessa nova técnica, como demonstramos no laboratório que ela pode criar mais de 20 estruturas previamente programadas," disse ele.

Além das caixas, foram criados anéis, correntes e até malhas parecidas com tabuleiros de dama, com nanopartículas de tipos diferentes.

E esse, juntamente com o controle externo por um campo magnético, é o grande trunfo da nova técnica, permitindo a criação de nanoestruturas feitas de diversos materiais.

Nanofuturo

"A era da miniaturização promete revolucionar nossas vidas. Podemos fazer estas nanocaixas a partir de uma grande quantidade de materiais diferentes, tais como metais, semicondutores e mesmo polímeros biodegradáveis para uma série de aplicações ópticas, eletrônicas, ou para carregarem medicamentos," entusiasma-se o professor Gracias. "Por exemplo, há uma necessidade na medicina para criar partículas inteligentes que possam alvejar tumores específicos, doenças específicas, sem despejar drogas no resto do corpo, de forma a limitar os efeitos colaterais."

E, com tantas opções de automontagem, talvez já não seja mais ficção imaginar milhares de minúsculas partículas biodegradáveis, precisamente estruturadas e contendo em seu interior apenas os compostos químicos desejados, de alta pureza, correndo através da corrente sanguínea a caminho de um órgão doente.

Ou então, partículas sendo guiadas por luz ou por magnetismo para montar componentes eletrônicos com dimensões moleculares, no interior dos processadores de computador do futuro.

Mas é necessário concordar que essa é a visão para um futuro, ainda que não tão distante.

Para ligar o hoje com esse futuro, os cientistas precisam aprimorar o projeto das suas nanoestruturas, de forma que elas possam ser fabricadas sem variações e em grandes quantidades.

Curso de Extensão.... EAD.

Em seguida iremos oferecer um curso de extensão EAD.
Título:
Nanociência e Nanotecnologia: Conceitos Básicos.

Aguarde maiores informações.

Nanofábrica produzirá medicamentos dentro do corpo humano

Além da Viagem Fantástica

Os conceitos de nanofábricas ebiofábricas estão deixando as mentes dos visionários e as pranchetas dos projetistas e virando instrumentos do mundo real.

Este é o resultado do processo de nanofabricação, que ocorreu no interior do organismo de camundongos, mas que brevemente poderá estar funcionando a pleno vapor dentro de você.[Imagem: Avi Schroeder]

Nanofábricas já produziam nanocápsulas para medicamentos, mas agora elas estão começando a sintetizar os próprios medicamentos e vacinas.

E, em alguns casos, a realidade parece ter superado a ficção.

Nestes casos, é sempre lembrado o clássico Viagem Fantástica, que previa robôs capazes de entrar no corpo humano para curar doenças.

Já existem alguns protótipos demicrorrobôs médicos e até de umnanorrobô que pretende substituir o sangue humano, o que tem levado os cientistas a afirmarem que osmicrorrobôs estão quase prontos para atuar no corpo humano.

Mas uma equipe de pesquisadores mudou o enfoque e, em vez de criar um robô para entrar no corpo humano, levou a fábrica inteira lá para dentro.

Nanofábrica dentro do corpo humano

Avi Schroeder e seus colegas do MIT criaram um processo de nanofabricação que funciona inteiramente dentro do corpo humano, acionado por luz, fabricando o medicamento já no local de sua aplicação.

Medicamentos à base de proteínas tem-se mostrado promissores no tratamento do câncer, mas eles são difíceis de aplicar porque o próprio corpo geralmente quebra as proteínas antes que elas cheguem ao seu destino.

Para contornar esse obstáculo, os pesquisadores desenvolveram um novo tipo de nanopartícula que é capaz de sintetizar as proteínas sob demanda, depois que essas nanopartículas já estiveram no interior do corpo humano.

Uma vez que estas "fábricas de proteínas" atinjam o local do corpo a ser tratado, os médicos podem ativar a síntese das proteínas disparando sobre elas um raio de luz ultravioleta.

As nanofábricas poderão ser usadas para produzir, por um lado, pequenas proteínas que matam células cancerosas e, por outro, proteínas maiores, como anticorpos, que desencadeiam ações do sistema imunológico para que estes ataquem a doença.

Esta é a nanofábrica, uma nanopartícula capaz de sintetizar proteínas específicas sob a ação da luz ultravioleta. [Imagem: Avi Schroeder]

Nanofábrica

"Esta é a primeira prova de conceito de que é possível realmente sintetizar novos compostos a partir de matérias-primas inertes no interior do corpo humano," disse Schroeder.

A equipe de Schroeder projetou as nanopartículas para que elas se automontem a partir de uma mistura que inclui lipídeos - que formam a camada exterior da partícula - além dos ribossomos, aminoácidos e enzimas necessárias para a síntese das proteínas que se pretende fabricar.

Também estão incluídos na mistura sequências de DNA para as proteínas desejadas.

O DNA é preso por um composto químico chamado DMNPE, que se liga a ele de forma reversível. Este composto libera o DNA quando é exposto à luz ultravioleta.

Neste estudo, as nanofábricas foram programadas para produzir ou proteína verde fluorescente (GFP) ou luciferase, ambas facilmente detectáveis.

Os testes em camundongos mostraram que as partículas produziram as proteínas corretas quando receberam a luz infravermelha.

Bibliografia:

Remotely-activated protein-producing nanoparticles
Avi Schroeder, Michael Goldberg, Christian Kastrup, Christopher Gerard Levins, Robert S. Langer, Daniel G. Anderson
NanoLetters
Vol.: Just Accepted Manuscript
DOI: 10.1021/nl2036047

Balança mais sensível do mundo pesa um único próton

http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=balanca-mais-sensivel-mundo-pesa-proton&id=010165120405

Apenas uma seção de 150 nanômetros do nanotubo fica vibrando, formando a balança. O próximo passo é colocar um prato onde poderão ser colocadas as partículas atômicas ou subatômicas. [Imagem: ICN]

Preocupações com o peso

Cientistas acabam de criar a balança mais sensível já fabricada, capaz de pesar um único próton.

A balança é tão sensível que, se no futuro ela for melhorada em uma única ordem de grandeza, será necessário inventar um novo prefixo de unidade para batizar o que estaria sendo pesado.

De um lado, já existem balanças capazes de pesar planetas e atéuma técnica para pesar buracos negros.

Mas Adrian Bachtold e seus colegas do Instituto Catalão de Nanotecnologia, na Espanha, estão interessados em coisas bem menores.

Eles criaram um sensor de massa usando um nanotubo de carbono muito curto, capaz de detectar alterações de massa de 1,7 yoctograma - 10^-24 grama - a massa de um próton.

Yoctobalança

O nanotubo de carbono que serve de sensor mede 150 nanômetros de comprimento, mas o prefixo nano, com seus (10^-9), é astronômico quando chega perto do yocto - entre eles há pico (10^-12), femto (10^-15), atto (10^-18), zepto (10^-21) e, finalmente, o yocto (10^-24).

Ainda não foi inventado um prefixo para algo na casa dos (10^-27).

Ao contrário das balanças na escala dos gramas, a yoctobalança é vibratória. Onanotubo vibra a uma frequência na faixa dos 2 GHz.

Comparando a frequência de ressonância do nanotubo antes e depois que a massa a ser pesada foi depositada sobre ele, os cientistas podem quantificar quanta massa foi adicionada.

Para tamanha precisão, o ambiente dessa que é a balança mais precisa do mundo precisa ser cuidadosamente controlado - ela funciona a -269 ºC, em ultra-alto vácuo (10^-14 bar) e isolada de qualquer ruído mecânico ou elétrico.

Esquema e protótipo da yoctobalança, que funciona a 4 Kelvin. [Imagem: Chaste et al./Nature Nanotechnology]

Balança mais sensível do mundo

A equipe acredita que dá para melhorar a precisão da yoctobalança criando para ela um "prato", um ponto específico do nanotubo onde a partícula a ser pesada possa ser colocada.

Nesta versão, os pesquisadores colocam a massa em qualquer ponto do nanotubo. Se conseguirem construir o prato, será possível reduzir as flutuações na frequência de ressonância do nanotubo, aumentando a precisão das medições.

Recentemente pesquisadores chineses afirmaram ser possível construir uma balança usando apenas luz.

Mas, segundo seus cálculos, ela terá uma precisão na faixa dos zeptogramas, o que seria suficiente apenas para pesar coisas "enormes", como átomos individuais.

Bibliografia:

A nanomechanical mass sensor with yoctogram resolution
J. Chaste, A. Eichler, J. Moser, G. Ceballos, R. Rurali, A. Bachtold
Nature Nanotechnology
Vol.: Published online
DOI: 10.1038/NNANO.2012.42

Riscos ligados a Nanotecnologia

http://www.abdi.com.br/Publicaes/Biotecnologia/NanoEmFoco/2012/Mar%C3%A7o/novanano_marco_12_1.htm

Cientistas domam elétrons para criar novos materiais

Elétrons domesticados

 

Cientistas conseguiram domar e treinar elétrons, criando variações exóticas da partícula com propriedades ajustáveis.

Segundo eles, isso abre a possibilidade de construção de novos tipos de materiais compósitos, com propriedades não encontradas em materiais naturais.

"O comportamento dos elétrons nos materiais está no coração de essencialmente toda a tecnologia atual," explica Hari Manoharan, da Universidade de Stanford, nos Estados Unidos.

"Nós agora somos capazes de ajustar as propriedades fundamentais dos elétrons para que eles se comportem de formas raramente vistas em materiais comuns," completa o pesquisador.

Grafeno molecular

Um dos seus primeiros experimentos com esses elétrons domados foi na criação de um simulador de grafeno, o que eles chamam de grafeno molecular.

Embora a ilustração lembre imediatamente a tela de galinheiro do grafeno, o grafeno molecular é composto por moléculas de monóxido de carbono postas sobre uma superfície muito lisa de cobre.

As moléculas de monóxido de carbono repelem os elétrons que viajam livremente pela superfície do cobre, forçando-os a percorrer uma trilha que se parece com a estrutura de uma colmeia.

A estrutura não só fica parecida como grafeno, como os elétrons se comportam como se estivessem no grafeno de verdade.

Por exemplo, nessa estrutura molecular, ao contrário dos elétrons comuns, os elétrons que viajam pelas trilhas se comportam como se estivessem se movendo quase à velocidade da luz no vácuo.

Parece grafeno, mas não é: é grafeno molecular: os pontos pretos são moléculas de monóxido de carbono, enquanto a estrutura em formato de colmeia mostra as rotas seguidas pelos elétrons livres do cobre que está por baixo. [Imagem: Manoharan Lab/Stanford/SLAC]

Essa altíssima mobilidade eletrônica do grafeno tem sido vista como uma das mais promissoras para o uso tecnológico desse material.

O que os cientistas agora demonstraram é que é possível conseguir esse comportamento dos elétrons em materiais menos difíceis de lidar.

Simulação de campo magnético

Mas é possível fazer mais.

"Uma das coisas mais espantosas que nós fizemos foi fazer os elétrons pensarem que estavam sob a ação de um gigantesco campo magnético, quando, na verdade, não havia nenhum campo externo sendo aplicado," conta Manoharan.

Eles fizeram com que os elétrons se comportassem como se estivessem sujeitos a campos magnéticos que variaram de 0 a 60 Tesla - o campo magnético mais forte já gerado pelo homem pouco supera os 90 Tesla.

"Nossa nova abordagem é uma nova e poderosa plataforma de testes para a física," disse Manoharan.

"O grafeno molecular é apenas a primeira de uma série de estruturas artificiais possíveis. Esperamos que nossa pesquisa possa, em última instância, levar à identificação de novos materiais em nanoescala com propriedades eletrônicas úteis," avalia ele.

• Elétron entra em fio quântico e divide-se em duas novas partículas

Bibliografia:

Designer Dirac fermions and topological phases in molecular graphene
Kenjiro K. Gomes, Warren Mar, Wonhee Ko, Francisco Guinea, Hari C. Manoharan
Nature
Vol.: 483, 306-310
DOI: 10.1038/nature10941