Nanotecnologia

Nanomáquina armazena energia da luz

Nanomáquina armazena energia da luz
A estrutura dos microtúbulos absorve energia dos fótons até um valor limite. [Imagem: Jean W. Fredy et al. - 10.1073/pnas.1711184114]

Máquinas moleculares

A concessão do Prêmio Nobel de Química do ano passado deu um verdadeiro impulso ao campo das máquinas moleculares.

As máquinas moleculares são encontradas em todos os lugares na natureza. Elas são responsáveis pela contração muscular, pela locomoção das bactérias e dos espermatozoides, pela divisão celular, pela replicação de DNA e por aí vai.

Transformá-las em nanotecnologia, ou seja, criar nanomáquinas sintéticas, tem sido mais desafiador, mas o progresso está vindo rapidamente.

Mensurar a força

Pesquisadores da Universidade de Twente, na Holanda, apresentaram agora máquinas moleculares capazes de armazenar energia da luz e convertê-la em um trabalho mecânico sob demanda.

O projeto se baseia em túbulos supramoleculares, moléculas complexas que se estruturam por um processo de automontagem. Elas ainda são um tanto "explosivas", mas já se mostraram capazes de exercer uma força mensurável em nanoescala e em ambiente fluido.

O fato de ser uma força mensurável é importante quando se leva em conta que a maioria das máquinas moleculares sintéticas só funciona suspensas em um líquido, onde geralmente é impossível medir a força que podem exercer enquanto operam no tempestuoso ambiente do movimento browniano, o movimento aleatório de partículas suspensas em um fluido.

Nanomáquina armazena energia da luz
O fato de liberar uma energia facilmente mensurável é essencial para a utilização prática das máquinas moleculares. [Imagem: Jean W. Fredy et al. - 10.1073/pnas.1711184114]

Microtúbulos

Sabendo que tornar suas forças mensuráveis é um pré-requisito essencial para que as máquinas moleculares ganhem uso prático, Tibor Kudernac desenvolveu blocos químicos básicos que se agrupam naturalmente por automontagem para formar túbulos, pequenos canos com até um micrômetro de comprimento e poucos nanômetros de diâmetro.

Quando os túbulos são iluminados, eles absorvem os fótons, fazendo com que uma tensão mecânica vá se acumulando em sua estrutura até atingir um valor limite. Quando a estrutura não suporta mais energia, ela desmorona abruptamente, liberando a energia.

Desta forma, os microtúbulos sintéticos convertem a energia da luz em uma energia de deformação, como se fosse uma minúscula explosão. É esta explosão que pode então ser usada para alimentar a resposta mecânica específica que se desejar.

Tendo determinado com precisão o valor limite que os microtúbulos suportam, a iluminação pode ser dosada de forma a armazenar energia, que poderá ser liberada de forma controlada quando ela for necessária.

"Este trabalho abre o caminho para máquinas supramoleculares totalmente artificiais que convertem o movimento molecular em modos de operação sofisticados, em escalas de comprimento que estão tipicamente no domínio da matéria viva," concluíram os pesquisadores.

Bibliografia:

Molecular photoswitches mediating the strain-driven disassembly of supramolecular tubules
Jean W. Fredy, Alejandro Méndez-Ardoy, Supaporn Kwangmettatam, Davide Bochicchio, Benjamin Matt, Marc C. A. Stuart, Jurriaan Huskens, Nathalie Katsonis, Giovanni M. Pavan, Tibor Kudernac
Proceedings of the National Academy of Sciences
Vol.: 114 no. 45, 11850-11855
DOI: 10.1073/pnas.1711184114




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