Correia transportadora para nanopartículas e moléculas

Redação do Site Inovação Tecnológica - 24/07/2014

[Imagem: Kai D. Schleicher et al./Biozentrum/Universidade de Basel]

Biotransporte

Assim como os velcros parecem ter mil e uma utilidades nas dimensões humanas, os nanovelcros parecem ser igualmente versáteis no reino das nanotecnologias.

A diferença é que eles podem servir a propósitos bem diferentes.

Por exemplo, enquanto possa não lhe ter ocorrido usar um velcro para limpar a casa, um nanovelcro detecta e captura metais pesados na água e até em peixes.

Agora, pesquisadores da Universidade de Basel, na Suíça, descobriram que um nanovelcro pode ser muito eficiente para transportar cargas - cargas adequadamente pequenas, como moléculas.

Outra equipe já havia criado uma nanocorreia transportadora capaz de levar átomos ao longo de um nanotubo, mas este nanovelcro é mais afeito a aplicações na área da biologia e da medicina.

Kai Schleicher descobriu que proteínas encontradas nos poros da membrana do núcleo das células funcionam como um velcro, podendo ser usadas para transportar nanopartículas de forma controlável e seletiva.

Agora que Schleicher fez o trabalho mais árduo, isso não parece surpreendente. Afinal, há muito tráfego em nossas células, com proteínas viajando do ponto onde são fabricadas, no citoplasma, até o núcleo, onde são usadas para ler informações genéticas.

São os poros na membrana do núcleo que permitem esse transporte de "cargas" para dentro e para fora.

As "proteínas-velcro" nos poros somente transportam moléculas que se encaixem em suas garras - para todas as outras, o núcleo é uma zona proibida.

Nanocorreia transportadora

A equipe então criou um sistema artificial que imita esse processo, recobrindo nanopartículas com as proteínas-velcro.

O mais interessante ocorreu quando esse velcro biológico ficou saturado. Da mesma forma que o velcro normal quando fica sujo, o velcro biológico tornou-se menos adesivo, e as partículas começaram a deslizar sobre ele por difusão - as nanopartículas escorregam por ele sem a necessidade de aplicação de força externa.

"Entender como o processo de transporte funciona no complexo poro nuclear foi determinante para nossa descoberta," disse o professor Roderick Lim, orientador do grupo. "Com o velcro em nanoescala nós podemos definir o caminho a ser tomado, bem como acelerar o transporte de partículas selecionadas sem necessitar de energia externa."

Segundo o professor, a correia transportadora baseada no nanovelcro poderá ter aplicações práticas em qualquer sistema nanotecnológico que necessite transportar partículas de um lado para o outro de forma controlada - eventualmente emnanofábricas.

Bibliografia:

Selective transport control on molecular velcro made from intrinsically disordered proteins
Kai D. Schleicher, Simon L. Dettmer, Larisa E. Kapinos, Stefano Pagliara, Ulrich F. Keyser, Sylvia Jeney, Roderick Y. H. Lim
Nature Nanotechnology
Vol.: 9, 525-530
DOI: 10.1038/nnano.2014.103

Nobel de Química premia transformação de microscópio em nanoscópio

O Prêmio Nobel de Química 2014 foi concedido a dois pesquisadores norte-americanos e um romeno "pelo desenvolvimento da microscopia de fluorescência de alta resolução".

Eric Betzig, nascido em 1960, é professor do Instituto Médico Howard Hughes (EUA). Stefan W. Hell, nascido em 1960 na Romênia é atualmente pesquisador da Universidade de Heidelberg (Alemanha). William E. Moerner, nascido em 1953, é professor da Universidade de Stanford (EUA).

Limites da microscopia

Por séculos a microscopia óptica tinha uma limitação que parecia natural: seria impossível obter uma resolução maior do que a metade do comprimento de onda da luz que o olho humano consegue captar.

Em 1873, Ernst Abbe estipulou um limite físico para a resolução máxima da microscopia óptica tradicional: ela nunca poderia superar 0,2 micrômetro, ou 200 nanômetros.

Ajudados em grande parte pelas moléculas fluorescentes premiadas pelo Nobel de Química em 2008, os ganhadores do prêmio deste ano contornaram esta limitação.

Segundo o comitê do Nobel, foram os três cientistas que transformaram os microscópios ópticos em nanoscópios.

Com o advento da nanoscopia, hoje os cientistas podem estudar células vivas observando detalhes em nível molecular.

Princípio de funcionamento do microscópio STED. [Imagem: Johan Jarnestad/RSAS]

Nanoscopia

O Prêmio Nobel está premiando dois princípios diferentes de nanoscopia.

O primeiro, criado pela equipe do Dr. Stefan Hell em 2000, é conhecido como STED, sigla em inglês para Stimulated Emission Depletion, ou depleção de emissão estimulada.

A técnica emprega dois feixes de laser. O primeiro estimula as moléculas fluorescentes, fazendo-as brilhar, enquanto o outro cancela toda a fluorescência exceto aquela emitida por volumes em escala nanométrica. Rastreando toda a amostra, nanômetro para nanômetro, gera-se uma imagem com uma resolução melhor do que o limite de Abbe.

Eric Betzig e William Moerner, trabalhando separadamente, lançaram as bases para a segunda técnica, hoje conhecida como microscopia de molécula única.

Princípio de funcionamento da microscopia de molécula única. [Imagem: Johan Jarnestad/RSAS]

O método baseia-se na possibilidade de ligar a desligar a fluorescência de moléculas individuais. A mesma área é fotografada várias vezes, deixando apenas algumas moléculas intercaladas brilharem de cada vez. Sobrepondo essas imagens individuais, cria-se uma imagem com detalhes que permitem visualizar todas as moléculas.

Em 2006, Eric Betzig utilizou este método pela primeira vez e seu trabalho foi noticiado aqui no Site Inovação Tecnológica:

• Microscópio óptico vence a barreira do comprimento de onda da luz visível

Pós-Nobel

O progresso do campo da microscopia acelerou bastante nos últimos anos - após os trabalhos agora premiados pelo Nobel - e hoje já é possível ver células vivas em 3D ao natural e observar células vivas ao vivo, sem depender da reconstrução posterior de imagens.

O próprio professor Moerner foi um dos pioneiros no campo das nanoantenas, hoje utilizadas em uma ampla gama de tecnologias ópticas, não apenas para capturar, mas também para emitir luz.

Existem também várias outras técnicas que chegaram à dimensão nano, ainda que nem todas utilizem o espectro óptico.

No ano passado, publicamos um Especial Microscópios, mostrando alguns desses avanços.

Mais duro que diamante.

http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=material-mais-duro-diamante-rumo-escala-industrial&id=010160141016&ebol=sim#.VELU6SLF91I

Fulerita

Pesquisadores russos desenvolveram um processo capaz de sintetizar um material ultraduro - com uma dureza superior à do diamante.

O material é chamado fulerita, um polímero composto por fulerenos, moléculas esféricas feitas inteiramente de carbono.

Os fulerenos, também conhecidos como buckballsou Carbono 60, já haviam sido adicionados ao alumínio, produzindo uma liga tão dura quanto o aço.

• Molécula revolucionária já pode ser produzida em larga escala

O novo material é ainda mais duro.

Há algum tempo que o diamante perdeu o posto dematerial mais duro conhecido pelo homem, criando a categoria de materiais ultraduros, aqueles que são mais duros do que o diamante.

Os diamantes naturais têm uma dureza entre 70 e 150 gigapascals (GPa), mas a fulerita fabricada segundo o novo processo atinge durezas que vão dos 150 aos 300 GPa.

Esquema de uma molécula de fulereno C60. [Imagem: MIPT]

"A descoberta da síntese catalítica da fulerita ultradura vai criar uma nova área de pesquisa em ciência dos materiais porque reduz substancialmente a pressão necessária para a síntese e permite a fabricação do material e seus derivados em escala industrial," disse o professor Mikhail Popov, do Instituto de Física e Tecnologia de Moscou.

Polímero tridimensional

Assim como o diamante, os fulerenos são formados por átomos de carbono - são 60, dispostos em um formato que lembra uma bola de futebol.

Essas moléculas podem ser organizadas de diferentes formatos, com a dureza do material resultante sendo determinada por esse arranjo.

No processo desenvolvido pela equipe russa, as moléculas C60 são interconectadas por ligações covalentes em todas as direções, uma estrutura que os cientistas dos materiais chamam de polímero tridimensional.

Bibliografia:

Synthesis of ultrahard fullerite with a catalytic 3D polymerization reaction of C60
M. Popov, V. Mordkovich, S. Perfilov, A. Kirichenko, B. Kulnitskiy, I. Perezhogin, V. Blank
Carbon
Vol.: 76, September 2014, Pages 250-256
DOI: 10.1016/j.carbon.2014.04.075

Primeiro centro em nanotubos

http://www1.folha.uol.com.br/ciencia/2014/07/1487655-brasil-tera-primeiro-centro-de-tecnologia-em-nanotubos.shtml

Informativo - Nanociências