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Correio Braziliense

Pesquisadores conseguem criar objeto mil vezes menor que o tamanho original

Reprodução em nanoescala foi possível usando equipamentos comuns em laboratórios. A solução poderá dar origem a microestruturas em 3D capazes de ser exploradas na medicina e na robótica


postado em 18/03/2019 06:00

(foto: Arte/CB/D.A Press)
(foto: Arte/CB/D.A Press)

Ao assistir ao filme Homem-formiga, pode parecer que trajes ou objetos que encolhem a níveis nanométricos — um nanômetro corresponde a um milionésimo de milímetro — sejam coisas de produções de Hollywood, não da vida real. Entretanto, pesquisadores do Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), nos Estados Unidos, estão próximos desse resultado. Em um trabalho publicado recentemente na revista Science, eles apresentam um método, inspirado em técnicas usuais de laboratórios de biologia e medicina, que pode reproduzir objetos em versões tridimensionais, com altura, largura e profundidade mil vezes menores que o formato original.
 
O resultado só é possível porque o método permite o uso de materiais diversos, entre metais, pontos quânticos — micropartículas de semicondutores — e até moléculas de DNA, destacam os criadores. Para gerar uma versão encolhida de um objeto, os componentes básicos são moldados usando laser sobre um suporte de polímero. “As estruturas minúsculas geradas poderiam ter aplicações em muitos campos, da ótica à medicina, ou mesmo na robótica. A técnica utiliza equipamentos que existem em muitos laboratórios de biologia e ciência de materiais, o que a torna amplamente acessível”, afirmam os cientistas, em comunicado.
 
Agora, a equipe do MIT explora possíveis usos dessa tecnologia e antecipa que algumas das primeiras aplicações podem estar na ótica — por exemplo, fabricando lentes especializadas para estudar as propriedades fundamentais da luz. A técnica também poderá permitir a fabricação de lentes menores e melhores, a serem usadas em câmeras de aparelhos celulares, microscópios ou endoscópios. A construção de eletrônicos e robôs em nanoescalas é mais uma das possibilidades.

Implosão 


Outros padrões de criação de nanoestruturas já existem no mercado, mas a maioria está limitada à produção de objetos bidimensionais (com altura e largura, sem profundidade). As que criam esse tipo de estrutura em 3D, como as máquinas que imprimem camada por camada, têm um processo extremamente demorado, segundo os pesquisadores do MIT. “Esses métodos estão restritos a materiais especializados, como polímeros e plásticos, que não têm propriedades funcionais necessárias para muitas aplicações. Além disso, só podem gerar estruturas autossustentadas”, explica Edward Boyden, professor de engenharia biológica no MIT e participante do estudo. “A técnica de impressão tridimensional pode produzir uma pirâmide sólida, por exemplo, mas não uma estrutura encadeada ou uma esfera oca”, exemplifica.
 
Como alternativa, Boyden e sua equipe recorreram à medicina, mais especificamente a uma técnica que seu laboratório desenvolveu há alguns anos para a produção de imagens de alta resolução de tecido cerebral. O procedimento, conhecido como microscopia de expansão, envolve a incorporação de tecido em um hidrogel que, em seguida, é expandido, permitindo imagens de alta resolução com um microscópio regular.
 
Centenas de grupos de pesquisa em biologia e medicina usam essa metodologia, uma vez que permite a visualização em 3D de células e tecidos com dispositivos comuns. O grupo do MIT, contudo, decidiu reverter o processo e descobriu que, dessa forma, poderiam criar estruturas grandes, incorporadas em hidrogéis expandidos, para, assim, encolhê-las à nanoescala. A nova abordagem recebeu o nome de fabricação de implosão.

Contração por ácido


Assim como fizeram para a microscopia de expansão, os cientistas estadunidenses usaram um material com alta capacidade absortiva, feito de poliacrilato, comumente encontrado em fraldas. O composto serviu como estrutura básica para a reprodução das peças em tamanhos menores. O poliacrilato foi banhado em uma solução de moléculas de fluoresceína, que interagem com a luz presente em feixes de laser. Essas moléculas foram, então, anexadas a partes específicas do hidrogel, servido de âncora a outros compostos que seriam adicionados posteriormente. “Utilizando a luz, você prende as âncoras onde quiser. Depois, pode prender o que quiser nelas. Poderia ser um ponto quântico, um pedaço de DNA, uma nanopartícula de ouro etc.”, ilustra.
 
Uma vez que as moléculas escolhidas são anexadas, os pesquisadores encolhem toda a estrutura adicionando um ácido. A substância bloqueia as cargas negativas no gel de poliacrilato, fazendo com que ele se contraia. Usando essa técnica, pode-se reduzir os objetos em 10 vezes em cada dimensão, resultando em um encolhimento geral 1.000 vezes do volume original. “As pessoas estão tentando inventar melhores equipamentos para fazer nanomateriais menores durante anos, mas percebemos que, se você usar apenas sistemas existentes e incorporar materiais nesse gel, você pode reduzi-los até a nanoescala sem distorcer os padrões”, destaca Samuel Rodriques, estudante de graduação no instituto e participante do trabalho.
 
Com o método, os pesquisadores conseguem criar objetos de 1 milímetro cúbico, com uma resolução de 50 nanômetros. Há uma troca entre tamanho e resolução: se a intenção for produzir objetos maiores, de 1 centímetro cúbico, por exemplo, a resolução será de cerca de 500 nanômetros. No entanto, segundo os cientistas estadunidenses, essa relação poderá ser melhorada com mais refinamento do processo.

* Estagiário sob supervisão de Carmen Souza
 
"A técnica utiliza equipamentos que existem em muitos laboratórios de biologia e ciência de materiais, o que a torna amplamente acessível”
Trecho do artigo sobre a pequisa, divulgada na revista Science 
 
1 milímetro cúbico  = Tamanho do objeto que a equipe do MIT conseguiu criar. A peça tem resolução de 50 nanômetros 

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