Conheça as nanomáquinas que podem nos conduzir para uma revolução na medicina

Um grupo de físicos construíram recentemente, o menor motor já criado até hoje a partir de um único átomo. Como qualquer outro motor que converte energia térmica em movimento, mas ele faz isso em uma escala nunca vista antes. O átomo é preso em um cone de energia eletromagnética e lasers são usados para aquecê-lo e esfriá-lo, o que faz com que o átomo vá para frente e para trás no cone como um pistão.

Os cientistas que  estão por tras da invenção na Universidade de Mainz, na Alemanha ainda não têm em mente um uso específico para o motor. Mas é um bom exemplo de como somos cada vez mais capazes de replicar as máquinas do nosso dia a dia em uma escala minúscula. Isso está abrindo o caminho para algumas possibilidades excitantes no futuro, particularmente no uso de nanorobôs na medicina, que podem ser inseridos no corpo para liberar medicamentos direcionados ou até mesmo lutar contra doenças como o câncer.

A nanotecnologia lida com objetos ultra-pequenos equivalentes a um bilionésimo de um metro de tamanho, o que soa uma escala incrivelmente minúscula na qual é impossível construir máquinas. Mas o tamanho é relativo a como você está perto de um objeto. Não podemos ver as coisas em nanoescala com a olho nu, assim como não podemos ver os planetas exteriores do sistema solar.

Contudo, se aproximarmos com um telescópio para os planetas ou de um microscópio eletrônico poderoso para nano-objetos, então nós mudamos o quadro de referência e as coisas parecem muito diferentes.

No entanto, mesmo depois de obter um olhar mais aproximado, ainda não podemos construir máquinas em nanoescala usando ferramentas de engenharia convencionais. Enquanto as máquinas regulares, como os motores de combustão interna na maioria dos carros, operam de acordo com as regras da física estabelecidas por Isaac Newton, as coisas em nanoescala seguem as leis mais complexas da mecânica quântica.

Então, precisamos de diferentes ferramentas que levam em conta o mundo quântico, a fim de manipular átomos e moléculas de uma forma em que os usamos como blocos de construção para nanomáquinas. Veja abaixo quatro máquinas minúsculas que podem causar um grande impacto.

Motor de grafeno para nanorrobôs

Pesquisadores de Cingapura demonstraram recentemente um motor simples, mas em nano-escala feito a partir de uma peça elástica de grafeno. O grafeno é uma chapa bidimensional de átomos de carbono que tem uma resistência mecânica excepcional. A inserção de algumas moléculas de cloro e de flúor na rede de grafeno e disparando um laser causa a expansão da folha. Rapidamente ligando e desligando o laser faz com que o grafeno bombeie para frente e para trás como o pistão em um motor de combustão interna.

Os pesquisadores acreditam que o nano-motor de grafeno pode ser utilizado para alimentar robôs minúsculos, por exemplo, para atacar as células cancerosas no corpo. Ou pode ser utilizado em uma assim chamada “lab-on-a-chip“(laboratório em um chip), um dispositivo que reduz as funções de um laboratório de química em pequenos pacotes que podem ser utilizados para os ensaios de sangue rápidos, entre outras coisas.

Nano-rotor sem atrito

Os rotores que produzem movimento em máquinas tais como motores de aeronaves e todos os ventiladores geralmente sofrem de atrito, o que limita o seu desempenho. A nanotecnologia pode ser usada para criar um motor a partir de uma única molécula, que pode rodar sem qualquer atrito. Rotores normais interagem com o ar de acordo com as leis de Newton e como eles giram, assim experimentam o atrito. Mas, em nanoescala, rotores moleculares seguem a lei quântica, o que significa que não interagem com o ar da mesma forma e assim o atrito não afeta seu desempenho.

A natureza já nos mostrou que os motores moleculares são possíveis. Certas proteínas podem viajar ao longo de uma superfície utilizando um mecanismo de rotação que criam movimento a partir da energia química. Estes motores de proteína são o que causam a contração das células e assim é responsável pelos nossos movimentos musculares.

Pesquisadores da Alemanha informaram recentemente a criação de um rotor molecular, colocando moléculas que se deslocam dentro de um pequeno orifício hexagonal conhecido como nanoporo em um pedaço fino de prata. A posição e o movimento das moléculas significava que eles começaram a girar em torno do buraco como um rotor. Mais uma vez, esta forma de nano-motor poderia ser utilizado para alimentar um pequeno robô para navegar pelo nosso corpo.

Nano-foguetes controláveis

Um foguete é o veículo mais rápido feito pelo homem que podem viajar livremente por todo o universo. Vários grupos de pesquisadores construiram recentemente uma versão de controle remoto em nanoescala de um foguete de alta velocidade pela combinação de nanopartículas com moléculas biológicas.

Em um caso, o corpo do foguete foi feito a partir de uma esfera de poliestireno coberto de ouro e crómio. Nele foi anexado a várias moléculas “catalisadoras do motor” usando filamentos de DNA. Quando colocado numa solução de peróxido de hidrogênio, as moléculas do motor causaram uma reação química que produziu bolhas de oxigênio, forçando o foguete mover-se na direção oposta.

Um feixe luminoso de luz ultra-violeta de um lado do foguete faz com que o DNA se quebre, destacando os motores e mudando a direção da viagem do foguete. Os pesquisadores esperam desenvolver o foguete para que ele possa ser utilizado em qualquer ambiente, por exemplo, para administrar o medicamento em uma área específica do corpo.

Nano-veículos magnéticos para o transporte de drogas

O grupo de pesquisas da SenLabs.org está entre aqueles que trabalham em uma maneira mais simples de transportar drogas através do corpo que já está sendo explorado com nanopartículas magnéticas. As drogas são injetadas em uma estrutura de cobertura magnética que pode expandir-se na presença de calor ou luz. Isto significa que, uma vez inserida no corpo, pode ser guiado para a área alvo através de magnetos e, em seguida, ativada para se expandir e libertar o medicamento.

A tecnologia também está sendo estudada para imagiologia médica. Criando as nanopartículas para se aderirem em determinados tecidos e, em seguida, digitalizar o corpo com uma ressonância magnética (MRI) poderia ajudar a destacar problemas, tais como diabetes.

• Texto de Tapas Sen, um especialista em nano química e nanomateriais com mais de 20 anos de experiência em pesquisa de desenvolvimento em escala de laboratório para produtos comerciais.
• Fonte: SingularityHub