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Nanotecnologia

Nanobalança pesa moléculas individuais

Redação do Site Inovação Tecnológica - 31/08/2012

Nanobalança consegue pesar moléculas individuais
A nanobalança é formada por uma estrutura em formato de ponte, que fica vibrando em uma frequência muito precisa.
[Imagem: Caltech/Scott Kelberg/Michael Roukes]

Balança molecular

Cientistas franceses e norte-americanos construíram uma balança capaz de medir a massa de moléculas individuais, uma de cada vez.

A nanobalança permitirá o estudo de vírus, a análise do funcionamento das células e o projeto de nanopartículas funcionalizadas, além de avaliar melhor os componentes da poluição atmosférica e até o processo de formação das nuvens.

O núcleo do aparelho é uma estrutura em formato de ponte, que fica vibrando em uma frequência muito precisa.

Quando a molécula é colocada sobre essa ponte, a massa da molécula muda ligeiramente a frequência de oscilação da ponte, permitindo calcular seu peso exato.

Medição única

Parece simples demais para não ter sido feito antes, mas o problema é que a alteração na frequência depende da posição exata onde a molécula, ou a nanopartícula, cai sobre a ponte vibratória.

Assim, era necessário um longo e tedioso trabalho de medir moléculas ou partículas idênticas cerca de 500 vezes, até se chegar ao valor exato.

Agora, Michael Roukes e seus colegas desenvolveram uma técnica que permite que a nanobalança funcione com a simplicidade de uma balança comum: basta colocar uma molécula e ler o resultado.

"O avanço crítico que fizemos neste trabalho é que agora conseguimos pesar as moléculas uma por uma, conforme elas vão se depositando sobre a ponte," explicou o pesquisador.

Modos vibracionais

Para isso, os pesquisadores analisaram como uma partícula altera a frequência de vibração da ponte.

Todo movimento oscilatório é composto dos chamados modos vibracionais.

No primeiro modo, a partícula influencia o movimento de um lado para o outro, com o centro da estrutura apresentando o movimento máximo.

O segundo modo vibracional ocorre em uma frequência maior, quando metade da ponte se move lateralmente em uma direção, e a outra metade vai no sentido oposto, formando uma onda em forma de S que se estende pelo comprimento da ponte.

Existe um terceiro modo, um quarto modo, e assim por diante.

Sempre que a ponte oscila, o seu movimento pode ser descrito como uma mistura desses modos de vibração.

O que a equipe descobriu é que basta analisar a forma como os dois primeiros modos alteram as frequências para determinar tanto a massa da partícula quanto sua posição.

Nanobalança

Embora uma outra nanobalança já tenha conseguido pesar átomos individuais, este novo equipamento é reutilizável como qualquer balança, ou seja, uma vez posto em funcionamento, pode ser usado um sem-número de vezes, para pesar o que for necessário e quando for necessário.

A nanobalança se enquadra na categoria dos NEMS (nanoelectromechanical system), sistema eletromecânicos com dimensões 1.000 vezes menores do que os mais conhecidos MEMS (microelectromechanical system).

Para o futuro, cientistas chineses demonstraram ser possível deixar para trás os mecanismos oscilantes, e usar apenas luz para medir "coisas" na faixa dos zeptogramas, o que equivale a 10-21 gramas.

Bibliografia:

Artigo: Single-protein nanomechanical mass spectrometry in real time
Autores: M. S. Hanay, S. Kelber, A. K. Naik, D. Chi, S. Hentz, E. C. Bullard, E. Colinet, L. Duraffourg, M. L. Roukes
Revista: Nature Nanotechnology
Vol.: Published online
DOI: 10.1038/nnano.2012.119
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