Ressonância magnética vira ferramenta da nanotecnologia

Redação do Site Inovação Tecnológica - 07/06/2010

Neste diagrama, os vírus (cor laranja) aderem à superfície de ouro (amarelo) na extremidade de uma barra oscilante de silício. Uma ponta magnético (azul) cria um campo magnético que interage com o vírus para criar uma imagem.
[Imagem: Martino Poggio/University of Basel]

As imagens por ressonância magnética, uma tecnologia desenvolvida nos anos 1970, tornaram-se uma ferramenta indispensável para o diagnóstico do câncer, das doenças do coração e de problemas neurológicos.

A ressonância magnética é particularmente útil para a medicina porque ela produz imagens tridimensionais do interior dos tecidos vivos sem danificá-los.

Contudo, seu uso nos laboratórios científicos tem sido limitado porque sua resolução é baixa quando comparada aos microscópios mais poderosos, não conseguindo captar imagens de objetos menores do que alguns micrômetros cúbicos.

Super ressonância magnética

Agora, cientistas do MIT e da IBM se juntaram para combinar o poder 3-D da ressonância magnética com a precisão dos microscópios de força atômica.

Essa combinação permitiu a geração de imagens 3-D com uma resolução suficiente para permitir a visualização de vírus, células e até mesmo de estruturas presentes no interior das células.

O avanço representa uma melhoria de 100 milhões de vezes em comparação com os equipamentos de ressonância magnética hoje utilizados nos hospitais.

Estudo das proteínas

O uso da ressonância magnética para gerar imagens tridimensionais de estruturas biológicas representa um grande avanço em relação à cristalografia de raios X, utilizada hoje.

Embora tenha servido para descobrir a estrutura helicoidal das moléculas de DNA, a cristalografia de raios X não é uma boa ferramenta para estudar proteínas, por exemplo, porque as proteínas não se cristalizam facilmente.

Até agora não havia nenhuma outra técnica capaz de fazer um mapeamento molécula por molécula para determinar a estrutura de uma proteína.

Como funciona a ressonância magnética

A ressonância magnética tradicional aproveita o fraco magnetismo dos núcleos dos átomos de hidrogênio presentes na amostra que está sendo analisada.

Quando um forte campo magnético é aplicado ao tecido, o spin dos núcleos magnéticos de hidrogênio se alinham, gerando um sinal forte o suficiente para ser detectado por uma antena.

No entanto, os spins magnéticos são tão fracos que é necessário um grande número de átomos (normalmente mais de um trilhão) para gerar uma imagem. Ainda assim, a melhor resolução possível é de cerca de três milionésimos de metro - mais ou menos a metade do diâmetro de um glóbulo vermelho.

Combinação microscópica

Em 1991, o físico teórico John sidles propôs pela primeira vez a combinação da ressonância magnética com a microscopia de força atômica para produzir imagens de minúsculas estruturas biológicas.

Físicos da IBM construíram o primeiro microscópio com base nessa abordagem, chamado microscópio de força por ressonância magnética (MRFM: magnetic resonance force microscope), já em 1993.

Desde então, e incluindo o trabalho agora apresentado, os cientistas conseguiram aprimorar a técnica a ponto de gerar imagens 3-D com resolução entre 5 e 10 nanômetros.

Microscópio por ressonância magnética

No novo microscópio MRFM, a amostra a ser analisada é fixada na extremidade de uma minúscula barra oscilante feita de silício.

Conforme uma ponta magnética de ferro-cobalto é movida ao redor da amostra, os spins dos núcleos atômicos são atraídos por ela, gerando uma pequena força sobre a barra oscilante. Os spins são então repetidamente invertidos, fazendo a barra balançar suavemente para trás e para frente em um movimento síncrono.

A oscilação da barra é medida com um feixe de laser, criando uma série de imagens 2-D da amostra, que são combinados por computador para gerar uma imagem 3-D.

A resolução do MRFM é quase tão boa (dentro de um fator de 10) quanto a resolução de um microscópio eletrônico, a técnica de imageamento mais sensível de que os biólogos dispõem hoje.

No entanto, ao contrário de microscopia eletrônica, o microscópio de força por ressonância magnética pode gerar imagens de amostras delicadas, como os vírus e as células, sem danificá-las.

Microscópio de diamante

Agora os cientistas querem explorar uma nova abordagem para usar a ressonância magnética em nanoescala.

Essa abordagem usa fluorescência, em vez de magnetismo, para produzir imagens das amostras. Nesse novo microscópio, a ponta magnética será substituída por um diamante contendo um defeito em sua estrutura cristalina.

O defeito, conhecido como defeito de vacância de nitrogênio, funciona como um sensor, uma vez que a intensidade de sua fluorescência é alterada pela interação magnética com spins magnéticos.

Essa configuração também dispensa a refrigeração de todo o mecanismo, significando que as amostras poderão ser visualizadas a temperatura ambiente.

Esses mesmos defeitos na estrutura cristalina do diamante estão sendo explorados para a criação de qubits naturais para a construção de computadores quânticos.

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