Borofeno supera grafeno e pode revolucionar tecnologias bioeletrônicas

Redação do Site Inovação Tecnológica - 09/05/2024

Mesmo depositado sobre uma superfície elástica, o borofeno mantém sua resistência, extensibilidade e todas as suas propriedades eletrônicas.
[Imagem: Zhuhua Zhang/Rice University]

Borofeno

Dificilmente a fama do grafeno será superada, mas a família dos materiais atomicamente finos já é enorme, incluindo fosforeno, estaneno, germaneno e siliceno e, mais recentemente, o oureno.

Outro exemplo é o borofeno, uma camada atomicamente fina do elemento químico boro, sintetizado pela primeira vez em 2015. Mesmo virtualmente desconhecido do público, o borofeno é mais condutivo, mais fino, mais leve, mais forte e mais flexível do que o grafeno, que é uma camada atomicamente fina do elemento carbono.

E o borofeno acaba de abrir ainda mais distância do seu parente mais famoso, graças ao trabalho de Teresa Aditya e colegas da Universidade do Estado da Pensilvânia, nos EUA.

A equipe conseguiu dotar o borofeno de quiralidade - ou lateralidade -, o que otimiza drasticamente sua conexão com o mundo biológico, podendo resultar em sensores mais avançados, dispositivos médicos implantáveis e muito mais. Essa quiralidade, induzida por um método nunca antes utilizado no borofeno, permite que o material interaja de maneiras únicas com diferentes unidades biológicas, como células e precursores de proteínas.

"Até onde sabemos, este é o primeiro estudo a compreender as interações biológicas do borofeno e o primeiro relato de gerar quiralidade nas estruturas de borofeno," disse o professor Dipanjan Pan. "O borofeno é um material muito interessante, pois se assemelha muito ao carbono, incluindo seu peso atômico e estrutura eletrônica, mas com propriedades mais notáveis. Os pesquisadores estão apenas começando a explorar suas aplicações."

Quiralidade do borofeno.
[Imagem: Teresa Aditya et al. - 10.1021/acsnano.4c01792]

Quiralidade inorgânica

Um elemento central da vida, a quiralidade refere-se à fisicalidade semelhante, mas não idêntica, como as mãos esquerda e direita, que não se sobrepõem à sua imagem espelhada. Nas moléculas, a quiralidade pode fazer com que unidades biológicas ou químicas também existam em duas versões que não podem ser perfeitamente combinadas. E a vida usa apenas uma forma de lateralidade molecular.

Uma das grandes vantagens do borofeno é que ele é estruturalmente polimórfico, o que significa que seus átomos podem ser organizados em diferentes configurações, que lhe conferem diferentes formas e propriedades, da mesma forma que o mesmo conjunto de blocos de Lego pode ser usado para construir diferentes objetos.

Assim, é possível "sintonizar" o borofeno para que ele tenha as propriedades que se deseja dele - e isso agora inclui a quiralidade. E, o que é mais importante, isso permite alterar o modo como o material interage com células e tecidos biológicos. "Nosso estudo, pela primeira vez, mostrou que várias estruturas polimórficas do borofeno interagem com as células de maneira diferente, e suas vias de internalização celular são ditadas exclusivamente por suas estruturas," disse Pan.

Em outro exemplo de uma propriedade inusitada, apertado ou esticado, o borofeno sempre se expande.
[Imagem: Fengxian Ma et al. - 10.1021/acs.nanolett.0c04154]

Borofeno quiral

Os pesquisadores sintetizaram plaquetas de borofeno - semelhantes às células do sangue - usando a síntese em estado de solução, que envolve a exposição de uma versão em pó do material em um líquido a um ou mais fatores externos, como calor ou pressão, até que se combinem no produto desejado.

"Fizemos o borofeno submetendo os pós de boro a ondas sonoras de alta energia e depois misturamos essas plaquetas com diferentes aminoácidos em um líquido para gerar a quiralidade," disse Pan. "Durante esse processo, notamos que os átomos de enxofre nos aminoácidos preferiam aderir ao borofeno mais do que os átomos de nitrogênio dos aminoácidos."

Os pesquisadores expuseram as plaquetas de borofeno quiralizadas a células de mamíferos em uma placa e observaram que sua lateralidade mudou a forma como elas interagem com as membranas celulares e entram nas células. Além disso, certos aminoácidos, como a cisteína, se ligaram ao borofeno em locais distintos, dependendo de sua lateralidade quiral.

Isto poderá ser utilizado em aplicações futuras, como o desenvolvimento de imagens médicas de alta resolução com contraste, que possam rastrear com precisão as interações celulares, ou uma melhor entrega de medicamentos com interações material-célula programadas. E compreender como o borofeno interage com as células - e controlar essas interações - poderá um dia levar a dispositivos médicos implantáveis mais seguros e eficazes.

E não se pode esquecer das propriedades já conhecidas do material. "A estrutura única do borofeno permite um controle magnético e eletrônico eficaz," exemplificou Pan, observando que o material pode ter aplicações adicionais na área da saúde, energia sustentável e muito mais. "Este estudo foi apenas o começo. Temos vários projetos em andamento para desenvolver biossensores, sistemas de administração de medicamentos e aplicações de imagem para borofeno," concluiu.

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