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.

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Título:
Nanociência e Nanotecnologia: Conceitos Básicos.

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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

Transístor atômico "perfeito" acelera miniaturização

Eletrônico e quântico

Cientistas australianos criaram um transístor atômico, totalmente funcional, e fabricado com uma precisão inédita.

O transístor ultra-miniaturizado consiste em um único átomo de fósforo colocado caprichosamente sobre um cristal de silício com poucos átomos de largura.

Nas extremidades da pastilha de silício são colocados os eletrodos e a porta de controle, tudo em escala atômica.

Todo o conjunto estando em escala atômica significa que o novo componente é tão importante para a computação quântica quanto para a computação eletrônica tradicional.

Transistores atômicos

Já foram criados diversos tipos de transistores atômicos antes, mas todos dependiam de uma certa dose de acaso durante os experimentos, já que a manipulação de átomos individuais é muito difícil.

Isso significa que, nos experimentos anteriores, os cientistas tinham que construir inúmeros dispositivos, até encontrar um que funcionasse.

"Mas esse componente é perfeito," garante a Dra. Michelle Simmons, da Universidade de Nova Gales do Sul, na Austrália. "Esta é a primeira vez que se demonstrou o controle de um átomo individual sobre um substrato com esse nível de precisão.

Se o atual ritmo de miniaturização se mantiver, os transistores deverão atingir a escala atômica por volta de 2020. [Imagem: Fuechsle et al./Nature Nanotechnology]

Manipulação de átomos

Depois que o transístor fica pronto, sob o microscópio eletrônico, "é possível ver até as minúsculas marcas escavadas na sua superfície," garante o Dr. Martin Fuechsle, coautor do trabalho.

É nessas saliências que os eletrodos são colocados, para que a tensão seja fornecida e o transístor funcione. Estas estruturas são fabricadas por uma espécie de litografia, a técnica padrão usada pela indústria eletrônica.

"Nosso grupo provou que é realmente possível posicionar um átomo de fósforo em um ambiente de silício - exatamente como precisamos - juntamente com as portas de controle," comemora Fuechsle.

E há mesmo motivos para comemoração: o transístor atômico apresentou características eletrônicas que confirmam uma previsão recente, e surpreendente, de que a Lei de Ohm funciona em escala atômica.

Eletrônica em escala atômica

Se o atual ritmo de miniaturização se mantiver, os transistores deverão atingir a escala atômica por volta de 2020.

Enquanto os chips mais modernos no mercado possuem transistores de 32 nanômetros, o átomo de fósforo usado neste transístor atômico mede 0,1 nanômetro.

Embora o protótipo de um transístor atômico agora já esteja pronto, sua construção depende de aparatos como o microscópio de força atômica, o que significa que a técnica ainda não é totalmente adequada para a fabricação de componentes eletrônicos em larga escala. E, para funcionar, ele deve ser mantido a uma temperatura de -196 ºC.

Mas talvez esta seja uma das primeiras demonstrações de uma das grandes promessas da nanotecnologia, a de que é possível manipular átomos para construir dispositivos úteis.

O transístor atômico também pode representar a fronteira final da eletrônica como a conhecemos, a partir de onde já se entra no reino da spintrônica e da computação quântica.

Bibliografia:

A single-atom transistor
Martin Fuechsle, Jill A. Miwa, Suddhasatta Mahapatra, Hoon Ryu, Sunhee Lee, Oliver Warschkow, Lloyd C. L. Hollenberg, Gerhard Klimeck, Michelle Y. Simmons
Nature Nanotechnology
19 February 2012
Vol.: Published online
DOI: 10.1038/nnano.2012.21

Nanorrobôs de DNA dão primeiros passos rumo à luz

Redação do Site Inovação Tecnológica - 17/02/2012

O nanorrobô de DNA (fechado, no alto à esquerda) é um grande avanço em relação às nanopartículas porque ele se abre automaticamente quando encontra a célula que está procurando. [Imagem: Campbell Strong/Shawn Douglas/Gael McGill]

Carregador de medicamentos

Pesquisadores construíram um nanorrobô de DNA que transporta pequenas cargas até células individuais, de forma a controlar ou alterar seu funcionamento.

Capaz de carregar diferentes doses de moléculas até as células-alvo, o nanorrobô representa um grande avanço em relação aos atuais sistemas de transporte de medicamentos no interior do corpo, que geralmente se baseiam em nanopartículas.

O maior interesse dos pesquisadores é enviar moléculas para células de câncer, para que estas disparem seu processo de autodestruição, chamado apoptose.

Shawn Douglas e seus colegas da Universidade de Harvard usaram uma técnica chamada origami de DNA, que dobra as fitas de DNA para criar formatos 3D complexos.

Nanorrobô-barril

O nanorrobô tem um formato hexagonal, que lembra um barril, com as duas metades unidas por uma "dobradiça".

Fitas especiais de DNA mantêm-no fechado, guardando as moléculas do medicamento em seu interior.

Quando essas fitas de DNA, que fecham o depósito, encontram as proteínas para as quais foram projetadas, elas se reconfiguram, fazendo com que as duas metades do barril se abram, liberando o medicamento.

Nos testes, o nanorrobô se mostrou capaz de reconhecer as células de dois tipos de câncer, a leucemia e o linfoma.

Navegando com a corrente

O nanorrobô de DNA é um grande avanço em relação às nanopartículas porque ele age automaticamente quando encontra a célula que está procurando.

As nanopartículas geralmente grudam na célula, e ficam esperando um comando externo, que pode vir na forma de luz, calor ou um campo magnético.

Mas o nanorrobô da equipe de Harvard ainda tem uma deficiência: ele precisa ser solto na corrente sanguínea, e literalmente navega com a corrente, de forma totalmente passiva, já que não tem motores.

As pernas do nanorrobô firmam-se em ligações químicas frágeis sobre uma espécie de trilho, também feito de DNA, e estas ligações são controladas por luzes de diferentes cores, como um semáforo. [Imagem: Wiley]

Caminhando para a luz

Mingxu You e seus colegas da Universidade da Flórida deram um passo adiante - ou melhor, vários passos adiante.

Eles construíram um nanorrobô de DNA bípede, que anda sozinho, controlado por luz.

Já existem nanorrobôs de DNA que andam, e até nanorrobôs que podem ser programados, mas todos eles se movimentam acionados por reações químicas, o que é um processo muito demorado e trabalhoso, ainda distante de qualquer aplicação prática.

Por exemplo, uma vez suprido o componente químico que faz o nanorrobô andar, ele vai andar até que seu "combustível" acabe.

Já a luz possibilita um controle muito mais preciso e flexível, permitindo que o robô ande e pare quando for necessário, além de oferecer uma resolução espacial muito mais elevada.

Nanorrobôs andarilhos

As pernas do nanorrobô firmam-se em ligações químicas frágeis sobre uma espécie de trilho, também feito de DNA.

A luz de diferentes cores libera cada uma das pernas alternadamente, permitindo que o robô ande.

Até agora o novo nanorrobô só conseguiu fazer caminhadas de 21 nanômetros de extensão, mas os pesquisadores afirmam que isto é apenas uma prova de conceito, e que ele vai andar muito mais no futuro.

E eles estão sonhando alto: "No futuro, nós queremos demonstrar aplicações reais desses nanorrobôs andarilhos, tais como o transporte de cargas, a sintetização de novos materiais e o controle de processos biológicos," afirmou Weihong Tan, coordenador da equipe.

Bibliografia:

A Logic-Gated Nanorobot for Targeted Transport of Molecular Payloads
Shawn M. Douglas, Ido Bachelet, George M. Church
Science
1 Feb 2012
Vol.: 335 - 831-834
DOI: 10.1126/science.1214081

An Autonomous and Controllable Light-Driven DNA Walking Device
Mingxu You, Yan Chen, Xiaobing Zhang, Haipeng Liu, Ruowen Wang, Kelong Wang, Kathryn R. Williams, Weihong Tan
Angewandte Chemie International Edition
Vol.: Early View
DOI: 10.1002/anie.201107733

A menor memória magnética do mundo.

A menor memória magnética do mundo.

Pesquisadores da IBM e do CFEL (Center for Free-Electron Laser Science), de Hamburgo, Alemanha, construíram a menor unidade de memória magnética do mundo. Os cientistas têm necessidade de apenas 12 átomos para estocar um bit, a unidade de base da informação. Um octeto (8 bits) pode assim ser inserido com 96 átomos. A título de comparação, os discos duros modernos utilizam pelo menos meio bilhão de átomos para gravar um octeto. O grupo - dirigido pelo pesquisador da IBM Hambourg Heinrich Andreas e o pesquisador do CFEL Sebastian Loth -, apresentou sua inovação na revista Science de janeiro. Para lembrar, o CFEL é uma instituição baseada na colaboração entre o síncrotron de elétrons alemão DESY, a Sociedade Max Planck e a Universidade de Hamburgo.

Para desenvolver sua memória nanométrica, os pesquisadores tinham desenvolvido um esquema regular de átomos de ferro, com a ajuda de um microscópio de varredura por tunelamento. Cada uma das duas cadeias de seis átomos de ferro pôde, então, gravar um bit, um octeto (8 bits) necessitando, neste caso, quatro vezes 16 nanômetros. "Isto representa uma densidade de armazenamento 100 vezes maior que sobre um disco duro moderno", declarou Sebastian Loth.

Ordenamento antiferromagnético de uma matriz de doze átomos de ferro, observado com um microscópio de tunelamento. A cadeia dupla de doze átomos de ferro usada nos experimentos é a menor unidade de armazenamento para um bit.
Créditos: DESY.

Os pesquisadores conseguiram, pela primeira vez, utilizar uma forma particular de magnetismo - o antiferromagnetismo -, para armazenar as informações. Contrariamente ao ferromagnetismo, utilizado nos discos duros tradicionais, o movimento cinético dos átomos vizinhos (o spin) é aqui colocado em direções opostas. Isto torna o material magneticamente neutro e os elementos de armazenagem podem ser colocados bem mais próximos: os bits individuais são separados por uma distância de apenas um nanômetro.

DESY (Tradução - MIA).

Nota do Scientific Editor: o artigo que deu origem a esta notícia de título:"Bistability in atomic-scale antiferromagnets", de autoria de Sebastian Loth, Susanne Baumann, Christopher P. Lutz, D. M. Eigler and Andreas J. Heinrich, foi publicado no periódico Science, 13-January, págs. 196-199, 2012.

Microfoguete a hidrogênio poderá navegar pelo estômago humano

Redação do Site Inovação Tecnológica - 13/02/2012

A ideia é transportar medicamentos, ou contrastes para a geração de imagens médicas, no interior do corpo humano. [Imagem: Gao et al.]

Fabricando o próprio combustível

Há cerca de um ano, cientistas apresentaram ummicrofoguete capaz de navegar pelo sangue e capturar células doentes.

Embora o conceito seja extremamente atraente, lembrando a ficção científica, o pequeno foguete submarino tinha uma deficiência grave.

O combustível do seu motor foguete, o peróxido de hidrogênio, precisava ser adicionado ao fluido onde o pequeno veículo vai navegar, o que inviabilizava seu uso diretamente no interior de um ser vivo.

Agora a mesma equipe resolveu este problema, construindo um novo tipo de motor foguete que consegue se movimentar por ambientes extremamente ácidos, como o estômago humano, sem qualquer fonte externa de combustível.

O microfoguete é extremamente rápido: proporcionalmente às suas medidas, sua velocidade equivale a um ser humano correndo a 640 km/h.

Microfoguete a hidrogênio

Joseph Wang e seus colegas reafirmam em seu novo trabalho que motores em micro ou nano-escala podem ser aplicados no carreamento de medicamentos no interior do corpo humano, ou de contrastes para a geração de imagens médicas, ou em aplicações industriais, como no monitoramento de processos de fabricação.

Todas as técnicas testadas no micro-submarino anterior, incluindo a carga de moléculas capazes de se ligar a células doentes, funcionam também neste novo modelo.

O interior de zinco do microfoguete gera microbolhas de hidrogênio que, ao escapar pelo bocal traseiro, impulsionam o foguete em alta velocidade pelo meio líquido. [Imagem: Gao et al.]

Essas possibilidades ficam mais próximas da realidade com o novo microfoguete, que dispensa combustível externo e que é capaz de navegar em ambientes ácidos.

Na verdade, ao dispensar o peróxido de hidrogênio, o novo motor foguete passa a depender dos ácidos para gerar seu combustível, o hidrogênio.

Foguete magnético

O microfoguete foi testado com êxito em vários ambientes ácidos, além do soro do sangue humano acidificado artificialmente, tudo em laboratório - não ainda em um ser vivo.

Nessas condições, seu interior de zinco gera microbolhas de hidrogênio que, ao escapar pelo seu bocal traseiro, impulsionam o foguete em alta velocidade - ele percorre uma distância equivalente a 100 vezes o seu próprio comprimento em 1 segundo.

Os cientistas também já testaram uma versão do microfoguete encapado com um revestimento magnético, o que permite que o microfoguete seja guiado até pontos específicos por um campo magnético externo.

Bibliografia:

Hydrogen-Bubble-Propelled Zinc-Based Microrockets in Strongly Acidic Media
Wei Gao, Aysegul Uygun, Joseph Wang
Angewandte Chemie International Edition
Vol.: 134 (2), pp 897-900
DOI: 10.1021/ja210874s