Componentes bioeletrônicos juntam proteínas e circuitos eletrônicos

Redação do Site Inovação Tecnológica - 09/06/2011

Quando a luz é dirigida sobre as proteínas, elas convertem os fótons em elétrons e os despacham pelo eletrodo. [Imagem: Bonnell Group]

Pesquisadores desenvolveram uma forma de criar moléculas biológicas que podem ser diretamente integradas em circuitos eletrônicos, sensores ou células solares.

A técnica, desenvolvida pela equipe do Dr. Dawn Bonnell, da Universidade da Pensilvânia, nos Estados Unidos, permite que as moléculas possam operar em condições ambientais normais.

Para viabilizar o trabalho, eles tiveram que desenvolver também uma nova técnica de microscopia capaz de medir as propriedades elétricas dos dispositivos bioeletrônicos.

Molécula fotoativa

A técnica utiliza proteínas artificiais, aglomerados de peptídeos contendo em seu interior uma molécula fotoativa.

As proteínas são colocadas ordenadamente sobre eletrodos que transmitem cargas elétricas entre elementos metálicos e não metálicos.

Quando a luz é dirigida sobre as proteínas, elas convertem os fótons em elétrons e os despacham pelo eletrodo.

"É um mecanismo semelhante ao que acontece quando as plantas absorvem a luz, exceto que, no vegetal, o elétron é usado para uma reação química que gera energia para a planta," explica Bonnell. "Aqui, queremos usar o elétron em circuitos elétricos."

Isto já havia sido demonstrado antes por vários grupos, em pesquisas que mostraram que as proteínas realmente reagem à luz - contudo, não em condições práticas para implementação de um circuito elétrico.

"Nós não sabíamos o que acontece com os elétrons em eletrodos secos com essas proteínas. Nem sequer sabíamos se elas permaneciam fotoativas quando ligadas a um eletrodo," diz Bonnell.

Medidor elétrico de componentes biológicos

Construir circuitos eletrônicos com silício e trabalhar com eles é muito mais fácil do que com proteínas.

Pode-se medir as propriedades elétricas de um pedaço do semicondutor e, com base nesse parâmetro, miniaturizar os componentes. E, para trabalhar com eles, basta colocar a ponta de prova de um multímetro em suas extremidades e ler os valores.

Os pesquisadores tiveram que desenvolver uma nova técnica de microscopia, adaptando um microscópio de força atômica (AFM) como um medidor para os seus componentes bioeletrônicos. [Imagem: Bonnell Group]

Mas não se pode "desminiaturizar" uma proteína para medir suas propriedades. E nem tampouco existe um medidor capaz de avaliar suas propriedades elétricas - sobretudo a capacitância, que indicará a capacidade de manutenção de cargas elétricas.

Para isso, os pesquisadores tiveram que desenvolver uma nova técnica de microscopia, adaptando um microscópio de força atômica (AFM) como um medidor para os seus componentes bioeletrônicos.

"O que nós fizemos na nossa versão [do AFM] foi usar uma ponta metálica e colocar nela um campo elétrico oscilante. Ao ver como os elétrons reagem com o campo, podemos medir interações mais complexas e propriedades mais complexas, como a capacitância," explicou Bonnell.

De posse do seu "multímetro biológico", os pesquisadores só tiveram que disparar o processo de automontagem das proteínas em cima do grafite, o material usado para fazer os eletrodos.

Células solares e sensores

É um passo importante, ainda longe de um circuito funcional, sem dúvida, mas o suficiente para apontar algumas possibilidades interessantes de uso.

As células solares representam um alvo natural para a tecnologia, uma vez que as proteínas podem converter os fótons da luz solar em elétrons e despachá-los para os eletrodos, produzindo uma corrente elétrica.

Outra possibilidade é que, vem vez de reagir com os fótons, as proteínas sejam projetadas para produzir uma carga na presença de determinadas toxinas, seja mudando de cor, seja acionando um medidor que possa ser lido em escala humana.

Isto as transformaria no elemento principal de um biossensor ou de um sensorquímico aplicável ajustável para detectar virtualmente qualquer substância alvo.

Bibliografia:

Direct Probe of Molecular Polarization in De Novo Protein-Electrode Interfaces
Kendra Kathan-Galipeau, Sanjini Nanayakkara, Paul A. OBrian, Maxim Nikiforov, Bohdana M. Discher, Dawn A. Bonnell
ACS Nano
Vol.: Articles ASAP
DOI: 10.1021/nn200887n

Componente e medidor