Brilho de nanoestrelas abre um céu de possibilidades tecnológicas

Redação do Site Inovação Tecnológica - 24/08/2010

Em cima, os pontos quânticos coloidais semicondutores sobre uma superfície. Embaixo, a intensidade de fluorescência medida por um microscópio de molécula única mostrando os picos nos locais onde estão os pontos quânticos.
[Imagem: Boldizsár Jankó]

O físico Boldizsár Jankó e seus colegas da Universidade de Notre Dame, nos Estados Unidos, bem poderiam ser chamados de astrônomos da nanotecnologia.

Eles finalmente descobriram a fonte de um dos grandes mistérios da físico-química: moléculas que piscam, como se fossem "estrelas" de um universo às avessas, onde o muito pequeno tomar o lugar do muito grande.

Saltos quânticos

Há mais de um século, o físico Neils Bohr, um dos pais da mecânica quântica, previu os chamados saltos quânticos.

Ele teorizou que os elétrons não se moviam suavemente para cima e para baixo em relação ao núcleo do átomo. Em vez disso, eles ocupariam órbitas bem determinadas, e só se movimentariam entre elas dando saltos quânticos - eventualmente emitindo luz quando o salto quântico os levasse para órbitas de menor energia.

Apesar dessa ideia ter sido altamente controversa nos tempo de Bohr, ela passou a ser aceita pelos físicos e foi finalmente observada experimentalmente em 1980. Mais recentemente, com o desenvolvimento de técnicas de imageamento capazes de filmar moléculas, foi possível observar saltos semelhantes em moléculas individuais.

Estrelas moleculares

Durante os experimentos, estes saltos quânticos puderam ser vistos como interrupções discretas na emissão de luz contínua de algumas moléculas, revelando um fenômeno que passou a ser conhecido como intermitência da fluorescência - piscadas moleculares, por assim dizer.

No entanto, embora alguns casos dos pisca-piscas moleculares possam ser diretamente atribuídos aos saltos quânticos originais de Bohr, há um número muito maior de casos onde a intermitência da fluorescência não segue as previsões da teoria.

E são casos de grande importância não apenas para a ciência, mas também para a tecnologia: proteínas fluorescentes, largamente utilizadas em biomedicina, moléculas captadoras de luz, importantes tanto para a fotossíntese quanto para as células solares, e, mais recentemente, estruturas inorgânicas criadas pela nanotecnologia, são alguns exemplos.

Desvendar seu funcionamento poderá ter impacto decisivo sobre o entendimento e a utilização prática, dentre outros, dos pontos quânticos, utilizados em células solares e nas pesquisas dos computadores quânticos, e para os matar células de câncer, e dos nanofios, usados para gerar energia a partir do movimento.

Ou seja, as moléculas piscantes são estrelas da nanociência em mais do que um sentido.

Moléculas piscantes

Nanofios semicondutores, formando um Y. Abaixo, a intensidade da fluorescência.
[Imagem: Boldizsár Jankó]

Como o fenômeno das moléculas piscantes não se enquadrava na teoria da mecânica quântica, os físicos consideraram por muito tempo que o fato de as moléculas "ligarem" e "desligarem" sua fluorescência eram fenômenos isolados, não relacionados um com o outro.

Até que, em 2007, o físico argentino Fernando Stefani, da Universidade de Buenos Aires, publicou um trabalho no qual ele demonstrava indícios de uma estreita correlação entre o ligar e o desligar dessas estrelas moleculares. Mas os pesquisadores continuaram sem um modelo teórico capaz de explicar essas correlações.

Agora, Jankó e seu grupo finalmente desenvolveram um modelo que explica os fenômenos de intermitência da fluorescência e que confirma o que Stefani observou experimentalmente. Ou seja, o acender e o apagar das moléculas fluorescentes são mesmo oriundos de um mesmo fenômeno.

Ao entender o fenômeno, os físicos se capacitam para tentar controlá-lo, já que agora sabem onde podem atuar com esse objetivo.

E, se o processo de intermitência das moléculas puder ser controlado, então a emissão de luz dos pontos quânticos também poderá.

Olhar para as estrelas

Com isto, os devaneios de olhar para um céu às avessas passam a ser considerações pautadas em fundamentos científicos.

Fundamentos esses que poderão ser a base para a geração de imagens precisas de células cancerosas individuais e de imagens em tempo real de uma infecção viral, como o HIV, dentro de uma célula; e também de uma nova geração de "telas quânticas" superbrilhantes para computadores, TVs, telefones celulares e outros aparelhos eletrônicos; e mesmo de novas técnicas de iluminação ambiente para residências e escritórios.

Ainda que apenas uma dessas possibilidades se realize, o feito parece ser uma demonstração científica definitiva de que olhar para as estrelas de fato vale a pena.

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