Pequenas máquinas para o futuro

O professor do Instituto de Química Paulo Schneider comenta os potenciais das máquinas moleculares, cujo desenvolvimento rendeu o Prêmio Nobel de Química 2016 a Jean-Pierre Sauvage, Sir J. Fraser Stoddart e Bernard L. Feringa
Jean-Pierre Sauvage, Sir J. Fraser Stoddart e Bernard L. Feringa foram laureados com o Nobel de Química 2016 - Ilustração: Niklas Elmehed/The Nobel Foundation

No último dia 5 de outubro, os cientistas Jean-Pierre Sauvage, Sir J. Fraser Stoddart e Bernard L. Feringa foram laureados com o Prêmio Nobel de Química 2016 pelo seu trabalho na área de nanotecnologia envolvendo estruturas microscópicas até mil vezes menores do que a espessura de um fio de cabelo. Capazes de reagir a comandos externos do ambiente e, assim, realizar movimentos que as permitem funcionar como minúsculos motores, essas moléculas organizadas para assumirem formas específicas, executam operações simples como girar ou deslocar um de seus componentes através de uma haste, tornando vasta a gama de possibilidades de aplicação hoje e no futuro. Para aprofundar a abrangência desse trabalho, o UFRGS Ciência consultou o professor Paulo Henrique Schneider, do Instituto de Química da Universidade, para comentar como se deram esses experimentos e quais as perspectivas daqui para frente.

Foi em 1983 que Sauvage conseguiu pela primeira vez desenhar e unir duas moléculas na forma de anel, presas uma à outra, que podiam se mover livremente entre si. Embora de pouca utilidade imediata, o feito provou que era possível manipular os elementos em seus níveis mais básicos para assumirem formas previamente planejadas em laboratório. Sabendo de que são feitas essas pequenas construções, usam-se estímulos como luz, temperatura, eletricidade e até o pH de um meio químico para fazê-las se movimentar, mudar de cor ou reagir de alguma outra maneira.

Depois de construído um primeiro elo, um segundo é feito dentro do círculo e preso fora dele. A experiência foi realizada por Jean-Pierre Sauvage em 1983 - Ilustração: Johan Jarnestad/The Royal Swedish Academy of Sciences

Depois de construído um primeiro elo, um segundo é feito dentro do círculo e preso fora dele. A experiência foi realizada por Jean-Pierre Sauvage em 1983 – Ilustração: Johan Jarnestad/The Royal Swedish Academy of Sciences

Normalmente as moléculas estão soltas por aí, nas substâncias com que lidamos e no próprio ar, se movimentando e reagindo à arbitrariedade dos ambientes em que estão inseridas. O trabalho desenvolvido pelos cientistas premiados foi de juntar, através de processos químicos, diferentes moléculas para construir formas como, por exemplo, um bastão de pontas grossas, que permite a um cilindro (também feito de moléculas) percorrer sua extensão sem correr o risco de soltar-se. No caso citado, através do estímulo certo (escolhido e calculado a partir do tipo de elemento de que é formada essa estrutura), é possível controlar quando o cilindro vai se mover de um lado ou para o outro, criando-se assim um motor molecular.

Hoje, sintetizar essas pequenas máquinas é um processo em consolidação. O que necessita ser feito agora, explica Schneider, é aprimorar o design desses projetos – planejar de que elementos serão constituídos e suas formas, de acordo com as tarefas específicas a que serão destinados. Segundo ele, o Prêmio Nobel deste ano deve incentivar o desenvolvimento de novas estruturas e, consequentemente, alavancar de forma determinante uma área que já é expoente de pesquisas em todo o mundo: a nanotecnologia.

O carro molecular pode transportar uma droga ou marcador por dentro do corpo humano, atacando diretamente a célula ou local que precisa ser reparado - Ilustração: Johan Jarnestad/The Royal Swedish Academy of Sciences

O carro molecular pode transportar uma droga ou marcador por dentro do corpo humano, atacando diretamente a célula ou local que precisa ser reparado – Ilustração: Johan Jarnestad/The Royal Swedish Academy of Sciences

Desde o primeiro experimento em 1983, cientistas já sintetizaram máquinas moleculares famosas, como a pá e o carro microscópicos. O professor conta que um carro molecular (em que as moléculas formam um chassi conectado a quatro rodas que se movem em uma única direção), pode ser utilizado, por exemplo, em procedimentos médicos, carregando uma droga ou um marcador em sua estrutura. O estímulo poderia ser o da temperatura, cuja alteração poderia fazer com que o minúsculo objeto levasse sua carga por dentro do corpo, até achar precisamente os locais ou células que estiverem causando algum problema. De forma parecida, as hastes com cilindro poderiam vir a ser usadas em músculos devido ao seu formato. Schneider também não descarta a possibilidade de que, nesse caso, a engenharia molecular poderia até mesmo sintetizar tecidos como a pele.

Já na área da computação, ele cita um chip construído a partir desses novos métodos que consegue, com bilhões de átomos a menos, realizar o mesmo trabalho que os chips de silício. “A miniaturização das nossas máquinas é uma vantagem porque torna mais eficiente o armazenamento de informações e diminui drasticamente a quantidade de matéria-prima utilizada.” Porém, ressalta, as possibilidades de aplicação são bem mais vastas e podem chegar até mesmo ao entretenimento e à interatividade, com telas que reagiriam não só a estímulos elétricos, mas à luz e a outros tipos de reações que permitirão às máquinas do futuro se tornarem mais ecléticas e repletas de opções.

As pessoas talvez não enxerguem de imediato a utilidade das descobertas laureadas, conta, mas é porque tratam-se de pesquisas de base. “São alicerces para o desenvolvimento de processos que já estão mudando, e continuarão a modificar, as tecnologias, sejam de que áreas forem.”

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