Biomimetismo em nanoescala: nanoporo seleciona proteínas

Redação do Site Inovação Tecnológica - 28/07/2011

Nanoporos

Cientistas holandeses criaram um nanoporo sintético capaz de selecionar proteínas, deixando passar algumas e retendo outras, de acordo com suas características.

Os nanoporos - pequenos furos com dimensões na faixa dos nanômetros - são especialmente promissores porque esse é um dos principais mecanismos que os organismos biológicos usam em seu próprio funcionamento.

Os cientistas já demonstraram que os nanoporos biomiméticos - copiados da natureza - podem ser úteis nosequenciamento eletrônico do DNA, no estudo do Mal de Alzheimer, na dessalinização da água do mar, e em umanova geração de baterias, apenas para citar alguns exemplos.

Seletividade

Cees Dekker e seus colegas da Universidade de Tecnologia de Delft criaram agora um nanoporo que funciona como uma plataforma de análise que permite estudar como as proteínas se movem para o núcleo das células.

Uma das principais características dos poros celulares é a sua seletividade, sendo muito "criteriosos" naquilo que deixam passar e no que retêm.

Não é para menos: uma falha em um desses processos poderia resultar na morte da célula ou do organismo inteiro.

É por isso que os cientistas têm interesse em reproduzir sinteticamente os nanoporos biológicos: eles poderão ser usados em pesquisas que vão do entendimento básico do funcionamento das células até o desenvolvimento e teste de novos medicamentos.

Biomimetismo

"As células humanas têm um núcleo, e as proteínas e o RNA precisam entrar e sair delas. Isto é regulado por pequenos buracos, chamados poros nucleares. São essencialmente poros biológicos que atuam como guardiões do núcleo da célula," explica o Dr. Dekker.

Embora ainda não seja claro como os poros biológicos alcançam a rigorosa seletividade que os ajuda a controlar o funcionamento da célula, os cientistas conseguiram fabricar um poro sintético que imita o mecanismo natural.

O poro propriamente dito, o "furo", é feito com um feixe de elétrons de alta energia, disparado sobre uma membrana de SiN. Variando-se a intensidade do feixe é possível ajustar a dimensão do furo.

Para imitar um nanoporo biológico, contudo, não é suficiente fazer um furo microscópico: é necessário "funcionalizá-lo", ou seja, dar a ele as características de um poro natural, o que é feito recobrindo com as moléculas adequadas.

Os poros nucleares são construídos pelo organismo segundo um molde biológico que ainda não pode ser simplesmente replicado - na verdade, os cientistas ainda não têm sequer um "mapa" das moléculas que o formam, o que mostra a importância da descoberta dos cientistas holandeses.

Como o nanoporo sintético retém algumas proteínas e deixa passar outras, ele pode funcionar como um filtro para a purificação de compostos biológicos ou para aplicar medicamentos seletivamente dentro de uma célula.

Bibliografia:

Single-molecule transport across an individual biomimetic nuclear pore complex
Stefan W. Kowalczyk, Larisa Kapinos, Timothy R. Blosser, Tomás Magalhães, Pauline van Nies, Roderick Y. H. Lim, Cees Dekker
Nature Nanotechnology
Vol.: 6, Pages: 433-438 (2011)
DOI: 10.1038/nnano.2011.88

Viagem no tempo: fótons não ultrapassam velocidade da luz

Redação do Site Inovação Tecnológica - 26/07/2011

Cientistas demonstraram que o precursor óptico, a parte frontal e mais veloz do fóton, não supera a velocidade máxima da luz. [Imagem: Zhang et al./PRL]

Uma equipe de físicos da Universidade de Hong Kong afirma ter conseguido uma medição direta do precursor óptico de um único fóton, demonstrando que fótons individuais não podem viajar mais rápido do que a luz no vácuo.

O estudo reafirma a teoria de Einstein de que nada viaja mais rápido do que a velocidade máxima da luz e fecha um debate de uma década sobre a velocidade de um fóton individual.

Limite da velocidade da luz

Para Einstein, nada pode viajar mais rápido do que a velocidade máxima da luz.

Mas esta é a primeira demonstração experimental de que os chamados precursores ópticos - uma espécie de parte frontal da onda de luz, sua porção que viaja mais rapidamente - existem ao nível dos fótons individuais e que eles são, como se previa, a parte mais rápida do pacote de onda, mesmo em um meio superluminal.

Ou seja, se há alguém que realmente atinge a famosa velocidade máxima c - de 299.792.458 m/s - esse alguém é o precursor óptico.

"Os resultados ampliam nosso entendimento de como um fóton individual se move. Eles também confirmam o limite máximo de velocidade que uma informação pode ser transportada com luz," afirmou Shengwang Du, coordenador do estudo.

"Ao mostrar que os fótons individuais não podem viajar mais rápido do que a velocidade da luz, nossos resultados encerram o debate sobre a verdadeira velocidade da informação transportada por um único fóton. Nossas conclusões também poderão dar aos cientistas um quadro melhor sobre a transmissão da informação quântica," completou.

Quanto a "encerrar o debate", talvez seja melhor um pouco de prudência, uma vez que o experimento contém muitos pressupostos que podem ser discutidos. Para se ter uma ideia, em 2010, um grupo de pesquisadores alemães fez um experimento diferente e chegou à conclusão oposta.

• Fótons individuais superam velocidade da luz

O prof. Shengwang Du propõe a impossibilidade daquela que era considerada a forma mais fácil de viagem no tempo. Mas há outras possibilidades. [Imagem: UST]

Viagem no tempo

Há cerca de 10 anos, a descoberta de uma propagação superluminal - acima da velocidade da luz - causou sensação ao levantar a possibilidade da viagem no tempo. Mas só até que a diferença entre a velocidade de fase e a velocidade de grupo fosse devidamente explicada.

O que ocorre é que a propagação daqueles pulsos ópticos em alguns meios específicos era apenas um efeito visual - a velocidade superluminal de um grupo de fótons não poderia ser usada para transmitir qualquer informação real.

As esperanças foram então para os fótons individuais, porque a partícula quântica fóton parece poder viajar mais rápido do que o limite da velocidade da luz no mundo clássico.

Foi isto o que o Dr. Shengwang Du quis checar, medindo a velocidade máxima de um fóton individual.

Sua conclusão é que os fótons individuais obedecem às regras de trânsito da relatividade, confirmando a causalidade de Einstein, ou seja, que um efeito não pode ocorrer antes de sua causa - e isto joga por terra a possibilidade teórica da viagem no tempo que havia sido levantada com base na velocidade superluminal.

Possibilidades da viagem no tempo

Isto não significa, porém, que o experimento "provou que a viagem no tempo é impossível" - ele demonstra que não é possível viajar no tempo superando o limite de velocidade do universo com uma nave para fazer o tempo encolher.

É verdade que esta seria a forma "mais fácil" de viajar no tempo - ao menos para fótons.

Mas ainda restam esperanças para os visionários e curiosos sobre o passado e o futuro.

A teoria da relatividade continua aceitando a possibilidade de uma dobradura no contínuo do espaço-tempo para chegar aonde você já esteve antes - bastará ter uma massa suficiente, e controlável, para fazer isso, criando os agora já famosos "buracos de minhoca".

Algo bastante difícil, mas tampouco seria fácil entrar em uma nave do tamanho de um fóton.

Há também sugestões menos ortodoxas, baseadas na Teoria M, com a vantagem de serem testáveis experimentalmente.

• LHC pode se tornar a primeira máquina do tempo do mundo

O tempo existe?

Mas toda essa discussão pode produzir pouca luz se, antes, não se resolver uma questão mais fundamental, praticamente filosófica: o tempo é uma entidade real ou é apenas um construto humano? Se for este o caso, faria sentido falar em viajar através de algo que não seja uma entidade física?

• O tempo é real ou é uma ilusão?

Enquanto se desenrola a discussão, talvez seja mais divertido resolver a questão da possibilidade das viagens no tempo tentando detectar máquinas quânticas do tempo do futuro que estejam nos visitando hoje, uma possibilidade recentemente levantada.

Causalidade retardada

A pesquisa abre outra possibilidade interessante: como o fóton individual é considerado como uma entidade que tem uma porção frontal - o precursor óptico - que viaja mais rápido, isso significa que ele possui uma dimensão não-zero.

Assim, embora você não possa voltar no tempo com essa técnica, pode ser possível criar um hiato entre a causa e o efeito, modulando o comprimento do fóton como um todo.

Abstraindo das incrivelmente pequenas frações de tempo envolvidas, será possível ver "causas" que parecem não gerar efeitos, e "efeitos" que aparentemente saem do nada, quando todos já se esqueceram da sua "causa".

Imagine, por exemplo, bolas de bilhar que chocam-se com outras sem movê-las, como se estivessem se chocando contra um muro (causa sem efeito).

Ou, ao contrário, bolas de bilhar que repentinamente se movem sem que nada as atinja (efeito sem causa) - lembre-se de não esquecer o impacto anterior, para que a "mágica" dê certo.

Bibliografia:

Optical Precursor of a Single Photon
Shanchao Zhang, J. F. Chen, Chang Liu, M. M. T. Loy, G.K. L. Wong, Shengwang Du
Physical Review Letters
Vol.: 106, 243602 (2011)
DOI: 10.1103/PhysRevLett.106.243602

Cientistas criam primeira rede neural artificial usando DNA

Redação do Site Inovação Tecnológica - 21/07/2011

Os cientistas deram um passo importante para a criação de uma inteligência artificial, não em um robô ou em um chip de silício ou em um programa de computador, mas dentro de um tubo de ensaio.

Rede neural líquida

Lulu Qian e seus colegas do Instituto de Tecnologia da Califórnia construíram uma rede neural artificial de DNA, criando um circuito de moléculas capazes de se recordar de memórias com base em padrões incompletos.

É mais ou menos assim que o nosso cérebro faz, quando um acontecimento inteiro é lembrado a partir de um pequeno "fio da meada", como a visão de uma foto ou mesmo um cheiro.

A equipe de Qian e Erik Winfree já havia criado umprocessador molecular com fitas de DNA, capaz de calcular uma raiz quadrada, mas agora eles queriam algo mais simples, para demonstrar o conceito de uma rede neural funcionando em meio líquido, mais próximo dos sistemas biológicos.

"Nós nos perguntamos se, em vez de uma rede de células neurais, fisicamente conectadas, uma sopa de moléculas em interação poderia exibir um comportamento parecido com o do cérebro," conta Qian.

E o experimento mostrou que a resposta para a pergunta é sim.

Jogo de leitura da mente

Composta por quatro neurônios artificiais, construídos com 112 fitas diferentes de DNA, a rede neural é capaz de participar de "um jogo de leitura da mente, na qual ela tenta identificar um cientista misterioso".

Os pesquisadores treinaram a rede neural para que ela "conhecesse" quatro cientistas, cujas identidades são representadas por um conjunto específico e único de respostas a quatro perguntas com respostas do tipo "sim ou não".

Depois de pensar em um dos quatro cientistas, um jogador humano fornece um subconjunto incompleto de respostas, que identifica parcialmente o cientista no qual ele pensou.

O jogador então transmite as pistas para a rede, colocando no tubo de ensaio fitas de DNA que correspondem às suas respostas.

Comunicando-se por meio de sinais fluorescentes, a rede neural de DNA identifica qual é o cientista que o jogador tem em mente.

Ou, caso não consiga a resposta, a rede pode "dizer" que não tem informações suficientes para escolher apenas um dos cientistas em sua memória, ou que as pistas contradizem suas lembranças.

Os pesquisadores jogaram este jogo com a rede utilizando 27 formas diferentes de responder às perguntas (de um total de 81 combinações), e ela respondeu corretamente todas as vezes.

A rede neural é capaz de participar de "um jogo de leitura da mente, na qual ela tenta identificar um cientista misterioso". [Imagem: Qian et al./Nature]

Aplicações futuras

Segundos os pesquisadores, sistemas bioquímicos com inteligência artificial - ou, pelo menos, com algumas capacidades básicas de tomada de decisão - podem ter aplicações na medicina, química e na pesquisa biológica.

No futuro, estes sistemas poderão operar dentro de células, ajudando a responder questões biológicas fundamentais ou diagnosticar uma doença.

Processos bioquímicos que possam responder de forma inteligente à presença de outras moléculas poderão permitir que os engenheiros sintetizem produtos químicos cada vez mais complexos, ou construam novos tipos de estruturas, molécula por molécula.

Desafios neurais

Mas ainda há muitos desafios a serem vencidos para se chegar a essas situações hipotéticas.

O primeiro deles é que fazer essa rede neural bioquímica funcionar dentro do corpo - ou mesmo em uma célula, ou dentro de um disco de Petri - é algo totalmente diferente do que foi demonstrado, já que um experimento similar in vivo seria muito mais complexo e com interações com outras moléculas que teriam que ser previstas e controladas.

A rede neural líquida também é muito lenta, levando oito horas para identificar cada cientista misterioso.

E, depois de dada a resposta, as moléculas não são capazes de se soltar e emparelhar com uma fita de DNA diferente. Ou seja, a rede somente consegue jogar o seu jogo da memória uma vez.

Finalmente, enquanto a rede atual tem quatro neurônios, as dificuldades para construir uma versão apenas um pouco maior - com 40 neurônios artificiais, por exemplo - são muito grandes, sem contar o tempo da resposta, que deverá aumentar exponencialmente. Para comparação, estima-se que um cérebro humano tenha 100 bilhões de neurônios.

Entendendo a evolução

Contudo, vista como uma prova de conceito, o experimento pode ajudar os cientistas a entender a evolução e o próprio funcionamento dos organismos biológicos.

"Antes que o cérebro evoluísse, os organismos unicelulares também eram capazes de processar informações, tomar decisões, e agir em resposta ao seu ambiente," explica Qian. E os organismos unicelulares de hoje continuam fazendo isso.

Ele especula que a fonte de tais comportamentos complexos deve ter sido uma rede de moléculas flutuando na célula: "Talvez o cérebro altamente evoluído e a forma limitada de inteligência vista em células individuais compartilhem um modelo computacional semelhante, que é simplesmente programado em diferentes substratos."

Modelo de neurônio

Os pesquisadores basearam sua rede neural bioquímica em um modelo simplificado de um neurônio, chamada de função limiar linear.

O neurônio modelo recebe os sinais de entrada, multiplica cada um por um peso positivo ou negativo, e o neurônio dispara, produzindo uma saída, somente se a soma ponderada das entradas ultrapassar um certo limiar.

"Este modelo é uma simplificação excessiva dos neurônios reais," diz Winfree, "mas é uma boa simplificação."

A técnica para sua construção é a mesma usada na construção do circuito de DNA capaz de calcular raízes quadradas.

Bibliografia:

Neural network computation with DNA strand displacement cascades
Lulu Qian, Erik Winfree, Jehoshua Bruck
Nature
20 July 2011
Vol.: 475, 368-372
DOI: 10.1038/nature10262

Sinapse artificial memoriza e esquece como o cérebro.

Redação do Site Inovação Tecnológica - 14/07/2011

Há anos os cientistas tentam emular o cérebro por meio de software. Mas um grupo de cientistas japoneses está adotando uma abordagem de hardware. [Imagem: ASU/Jamie Tyler]

Emulando o cérebro

Um grupo de pesquisadores japoneses desenvolveu um circuito eletrônico que imita o sistema de memorização e esquecimento que caracteriza o aprendizado do cérebro humano.

O "circuito sináptico" - um dispositivo totalmente de hardware - reproduz de forma totalmente autônoma dois fenômenos que são marcas registradas da atividade neural do cérebro: a memorização das informações necessárias e o esquecimento das informações desnecessárias.

Acredita-se que a memória seja o resultado de dois tipos de plasticidade sináptica: a plasticidade de curto prazo e a potenciação de longo prazo. Só os registros mais importantes - e, portanto, mais fortes ou mais intensos - passariam ao registro definitivo.

Os cientistas tentam há anos reproduzir esse comportamento neural do aprendizado, dentro do campo conhecido como engenharia neuromórfica.

Isso vem sendo tentado principalmente por meio de software, o que não é uma tarefa fácil devido à complexidade das interconexões verificadas nos processos neurais que dão sustentação ao pensamento.

Mas Takeo Ohno e seus colegas do Instituto Nacional de Ciência dos Materiais, no Japão, decidiram adotar uma abordagem de hardware.

A chave atômica tem sua condutância reforçada pela intensidade dos estímulos. Um ou poucos estímulos geram uma memória de curto prazo (STP). O reforço dos estímulos leva a uma memória de longo prazo (LTP). [Imagem: Ohno et al./Nature Materials]

Circuito sináptico

O circuito sináptico é essencialmente uma chave atômica de lacuna - onde a lacuna se refere a uma minúscula distância entre dois eletrodos -, que funciona como um memristor.

O componente é formado por um eletrodo de prata, recoberto com sulfeto de prata (Ag₂S), e um contra-eletrodo de platina, com uma separação de um nanômetro entre eles - portanto, um componente totalmente inorgânico.

Seu funcionamento se dá pela formação e destruição de uma "ponte", formada por um átomo de prata, que se coloca entre os dois eletrodos. A ponte é construída e destruída controlando-se a reação eletroquímica (uma reação de estado sólido) do condutor híbrido iônico/eletrônico, ou eletroiônico, o sulfeto de prata.

A chave atômica tem dois estados de condutância: o primeiro é produzido por um sinal fraco, o que faz com que esse estado se degrade rapidamente; o outro é gerado por um sinal mais forte, o que exige um outro sinal igualmente forte que o anule.

Modelo de memória do circuito sináptico. Uma

alta taxa de repetição da informação forma uma memória de longo prazo (linha vermelha), enquanto poucas repetiçõesformam memórias de curto prazo (linha azul), que logo desaparecem. A intensidade da lembrança praticamente não muda nas primeiras inserções, de forma equivalente ao que ocorre com a memória sensorial. [Imagem: NIMS]

Circuito neural artificial

Usando o movimento dos íons, os pesquisadores conseguem controlar essa ponte metálica entre os eletrodos.

Isso porque o movimento dos íons depende da frequência de entrada do estímulo elétrico - que representa o "aprendizado". Em outras palavras, eles conseguem controlar a intensidade da conexão sináptica do seu circuito neural artificial.

Na prática, o circuito sináptico ajusta sua própria "força" (ou intensidade) de acordo com a frequência da estimulação elétrica - o estímulo intermitente causa um decaimento espontâneo do nível de condutância da sinapse inorgânica quando ela opera em níveis críticos de tensão.

No circuito, essa frequência do estímulo nada mais é do que a frequência de uma corrente elétrica.

Contudo, vista sob o ponto de vista de um emulador de um circuito neural, essa frequência representa a quantidade de vezes que o "cérebro artificial" esteve exposto a um aprendizado em particular.

Ou seja, quando maior a frequência, maior será a fixação do material "aprendido".

O padrão repetido acaba sendo gravado na matriz de memória, mesmo quando ele está disperso em um padrão mais complexo. [Imagem: Ohno et al./Nature Materials]

Aprendizado de máquina

No experimento, os pesquisadores construíram uma matriz de 7 x 7 pontos - pense neles como os pixels de uma tela - cada um contendo sua própria sinapse artificial.

Os valores inseridos poucas vezes - com baixa frequência - somem rapidamente da tela. O circuito sináptico se "esquece" deles porque, não sendo repetidos uma quantidade de vezes suficiente, eles não devem ser importantes.

Mas aqueles que são repetidos várias vezes logo permanecem gravados, imitando o aprendizado por repetição - o que os pesquisadores chamam de "lembrar-se do que é importante".

Ao contrário da sinapse sintética construída com nanotubos de carbono, esta emula a memorização em um dispositivo de hardware único e muito simples, e sem a necessidade de qualquer programação externa.

Além disso, outros experimentos têm resultado em sinapses artificiais que só funcionam para o fim específico para a qual foram projetadas - ao contrário da flexibilidade do "aprendizado" demonstrado agora.

Computadores inspirados em cérebros

Como o novo circuito sináptico permite a realização de diversas operações sem qualquer programação prévia, os cientistas acreditam que ele é um passo importante para a construção de sistemas de inteligência artificial capazes de aprender com o uso, de forma similar aos humanos.

"Os elementos sinápticos inorgânicos são funcionalmente adequados para o projeto de sistemas neurais que possam funcionar sem a necessidade dos softwares de difícil escalabilidade e da pré-programação atualmente empregada nos sistemas de redes neurais, com claro potencial para [a construção de um] hardware apropriado para os sistemas inteligentes físicos e artificiais," escrevem os pesquisadores.

Mas computadores que repliquem de fato o cérebro ainda dependerão de progressos futuros.

Por exemplo, embora o comportamento de memristor da chave atômica tenha ele próprio uma memória, "lembrando-se" da última corrente que o atravessou, os pesquisadores não conseguiram demonstrar uma correlação entre o tempo e a memória registrada no dispositivo.

Ou seja, várias entradas iguais ao longo do tempo não reforçam o "aprendizado", o que é uma característica da neuroplasticidade.

Esses computadores inspirados em cérebros biológicos são vistos como uma das saídas para superar o atual paradigma da computação baseada em transistores eletrônicos.

• Computadores neurais: cientistas querem reproduzir cérebro de gato

Bibliografia:

Short-term plasticity and long-term potentiation mimicked in single inorganic synapses
Takeo Ohno, Tsuyoshi Hasegawa, Tohru Tsuruoka, Kazuya Terabe, James K. Gimzewski, Masakazu Aono
Nature Materials
Vol.: Published online
DOI: 10.1038/nmat3054

Laser de nanofios pode matar vírus e melhorar DVDs

Redação do Site Inovação Tecnológica - 07/07/2011

O laser de nanofio emite luz laser a partir de suas extremidades, o que o torna altamente direcional.[Imagem: Nicolle Rager Fuller/NSF]

O resultado é uma nova tecnologia de laser de nanofios que potencialmente pode fazer quase tudo, de matar vírus até aumentar a capacidade dos DVDs e outros discos ópticos de armazenamento de dados.

Lasers semicondutores

Os diodos laser semicondutores, que emitem luz na faixa do ultravioleta, são amplamente utilizados em processamento de dados, no armazenamento de informações e na biologia.

Suas aplicações só não são mais amplas porque eles custam caro e são grandes.

A equipe do professor Jianlin Liu agora descobriu como substituir o nitreto de gálio - o semicondutor usado nos lasers atuais - por nanofios de óxido de zinco, que são menores, mais baratos e emitem luz com maior potência e com comprimentos de onda mais curtos.

Os nanofios de óxido de zinco têm sido usados principalmente na fabricação de nanogeradores.

Nanofio tipo P

Até agora não tinha sido possível usar os nanofios de óxido de zinco na emissão de luz por falta de um tipo P, ou tipo positivo.

Todos os componentes semicondutores exigem um tipo P e um tipo N (negativo), em que um material tem excesso de elétrons (negativo) e o outro tem excesso de lacunas (positivo).

Juntando os materiais, os pesquisadores criaram um nanofio que é um diodo, a chamada junção p-n. [Imagem: Chu et al./Nature Nanotechnology]

Liu e sua equipe resolveram o problema dopando os nanofios de óxido de zinco com antimônio, um elemento metalóide, criando assim o nanofio tipo-P.

Juntando os materiais, os pesquisadores criaram um nanofio que é um diodo, a chamada junção p-n.

Laser de nanofio

Quando alimentado por uma bateria, o nanofio emite luz laser a partir de suas extremidades, o que o torna altamente direcional.

Os lasers de nanofios podem ser usados para ler e escrever dados com uma densidade muito superior à dos discos ópticos atuais porque a luz ultravioleta tem um comprimento de onda menor do que a luz de outras cores, como o vermelho.

Segundo o pesquisador, só a troca do laser pode multiplicar até por quatro vezes a capacidade de armazenamento de um DVD.

No campo da fotônica, a luz ultravioleta permite o processamento e a transmissão de dados em velocidades maiores.

Quando totalmente desenvolvidos, os minúsculos lasers de nanofios poderão ajudar a criar uma tecnologia de comunicação sem fios ultravioleta, que tem potencial para ser muito superior à tecnologia de comunicação por infravermelho, largamente usada hoje.

No campo da biologia e da medicina, o laser ultra-miniaturizado pode penetrar em uma célula viva, por exemplo, induzindo alterações funcionais, e também no nascente campo da optogenética.

Bibliografia:

Electrically pumped waveguide lasing from ZnO nanowires
Sheng Chu, Guoping Wang, Weihang Zhou, Yuqing Lin, Leonid Chernyak, Jianze Zhao, Jieying Kong,, Lin Li, Jingjian Ren, Jianlin Liu
Nature Nanotechnology
03 July 2011
Vol.: Published online
DOI: 10.1038/nnano.2011.97

Pesquisadores da Universidade da Califórnia, juntaram uma das maravilhas da nanotecnologia, osnanofios, com os lasers de semicondutores.

Nova técnica deixa tecidos à prova de germes permanentemente

Redação do Site Inovação Tecnológica - 07/07/2011

Segundo o inventor do novo material, a técnica poderá permitir a fabricação de meias à prova de chulé.[Imagem: Dhende et al./ACS]

Um pesquisador norte-americano inventou uma nova tecnologia que permite tornar à prova de germes e bactérias as roupas e outros artefatos de tecido usados em hospitais

A descoberta pode mudar a forma como são fabricados lençóis e roupas médicas, máscaras de rosto, toalhas de papel e até mesmo fraldas, roupas íntimas e roupas esportivas.

Segundo Jason Locklin, da Universidade da Geórgia, a tecnologia poderá permitir até mesmo a fabricação de meias à prova de chulé.

Processo fotoquímico

O tratamento antimicrobiano inventado por Locklin efetivamente mata um amplo espectro de bactérias, bolores e leveduras que podem causar doenças, criar manchas e produzir odores.

A tecnologia, que o pesquisador garante ser simples e barata, funciona em materiais naturais e sintéticos. A tecnologia pode ser aplicada durante o processo de fabricação ou em casa, e não sai na lavagem.

Ao contrário dos materiais antimicrobianos tradicionais, geralmente à base de prata ou de dióxido de titânio, os pesquisadores usaram copolímeros (N-alquil e benzofenona contendo polietileniminas).

O aspecto "permanente" da proteção ocorre porque esses copolímeros unem-se às fibras dos tecidos por meio de ligações covalentes carbono-hidrogênio.

Ao contrário de outras tecnologias antimicrobianas, não são necessárias reaplicações para manter a eficácia do novo material fotoquímico. A aplicação pode ser feita durante o processo de fabricação ou mesmo em roupas já prontas.

O processo funciona tanto em tecidos sintéticos quanto em tecidos feitos com fibras naturais.

Material antimicrobiano

Locklin afirmou que o material antimicrobiano usado em sua técnica foi testado contra os patógenos mais comuns em ambientes de saúde, incluindo estafilococos, estreptococos, E. coli, pseudomonas e acetinobactéria.

Depois de uma única aplicação, os tecidos ficaram imunes aos patógenos - nenhum crescimento bacteriano foi observado nas amostras colocadas sobre as culturas bacterianas depois de 24 horas, a 37 graus Celsius.

Além disso, nos testes, o tratamento ficou totalmente ativo após vários ciclos de lavanderia sob água quente, demonstrando que o antibacteriano não escapa dos tecidos, mesmo sob condições adversas.

Bibliografia:

One-Step Photochemical Synthesis of Permanent, Nonleaching, Ultrathin Antimicrobial Coatings for Textiles and Plastics
Vikram P Dhende, Satyabrata Samanta, David M Jones, Ian R. Hardin, Jason Locklin
Applied Materials & Interfaces
June 21, 2011
Vol.: Published online before print
DOI: 10.1021/am200324f

Meia à prova de chulé

Anel de laser detecta e conta 

nanopartículas

Redação do Site Inovação Tecnológica - 30/06/2011

Um minúsculo feixe de laser, em formato de anel, é a última maravilha da miniaturização.Construído de silício, ele poderá se tornar uma ferramenta insubstituível em um mundo no qual as nanopartículas desempenham um papel cada vez maior.

Importância das nanopartículas

As partículas muito pequenas, sejam naturais ou sintéticas, desempenham um papel muito importante em nossa vida cotidiana.

Partículas de vírus nos deixam doentes, partículas em suspensão controlam a formação das nuvens, e partículas de fuligem que saem dos escapamentos, das chaminés e dos cigarros danificam nossos pulmões.

Por outro lado, nanopartículas sintéticas são cada vez mais importantes na construção de novos materiais super resistentes e no transporte de medicamentos diretamente para os locais onde eles são necessários, inibindo os efeitos colaterais causados quando esses medicamentos vão para lugares que não precisam deles.

Mas lidar com essas nanopartículas, que muitas vezes são tão pequenas que não podem ser vistas nem mesmo por microscópios ópticos, exige novas ferramentas.

Sensor de microlaser

Lan Yang e seus colegas da Universidade de Washington, nos Estados Unidos, criaram uma dessas ferramentas, um microlaser, menor do que a ponta de um alfinete, capaz de detectar e contar todas essas nanopartículas, sejam aerossóis ou vírus.

O sensor pertence a uma categoria chamada ressonadores de galeria sussurrante, inspiradas na Catedral de São Paulo, em Londres, onde o som viaja mais longe do que o normal porque as ondas refletem ao longo de uma parede côncava.

Com a diferença de que, no anel de laser, em vez de ressonar as ondas sônicas, o sensor faz o mesmo com as ondas de luz.

A viajar pelo anel de laser, a luz é perturbada por qualquer partícula que caia no anel, o que provoca uma mudança em sua frequência. Essa alteração pode ser medida, servindo como uma "leitura" da nanopartícula.

Excitando mais do que um "modo" no anel de laser, os cientistas podem aumentar a precisão da medição, estabelecendo uma dupla contagem. E, alterando o meio de ganho de laser, é possível adaptar o sensor para água, em vez do ar.

Os "modos" são padrões de excitação no anel, com a mesma frequência, um viajando no sentido horário e outro no sentido anti-horário.

Detectando DNA

O novo sensor difere dos anteriores, também baseados em galerias sussurrantes, na medida que ele próprio é um laser em miniatura, em vez de uma cavidade de ressonância de um laser externo.

"A luz usada para a detecção é gerada no interior do próprio ressonador e, por isso, é mais pura do que a luz no sensor passivo," explicou Yang. "Quando a luz não é tão pura, você pode não ser capaz de ver mudanças de frequência muito sutis," o que representa uma queda na precisão das medições.

A equipe quer agora reprojetar a superfície desses minúsculos microlasers para que seja possível detectar DNA e outras moléculas biológicas.

Se o DNA for marcado com nanopartículas, o sensor de microlaser poderá contar moléculas individuais de DNA ou fragmentos delas.

Bibliografia:
Detecting single viruses and nanoparticles using whispering gallery microlasers
Lina He, Sahin Kaya Özdemir, Jiangang Zhu, Woosung Kim, Lan Yang
Nature Nanotechnology
26 June 2011
Vol.: Published online
DOI: 10.1038/NNANO.2011.99