Tomografia de raios X enxerga blocos básicos da vida

Redação do Site Inovação Tecnológica - 01/06/2011

A parte esquerda da imagem mostra uma fotografia da amostra, medindo aproximadamente 7 x 10 x 5 mm3. A parte estudada com a nova técnica é indicada pelo subvolume de 7 x 2 x 1 mm3. O resultado, um mapa 3D detalhado das ligações químicas, é visto como um corte 2-D através do subvolume, onde as diferentes cores representam as diferentes ligações químicas de carbono presentes na amostra.
[Imagem: Simo Huotari]

Cientistas da Finlândia e da França desenvolveram uma nova técnica de luz síncrotron, usando raios X, que poderá revolucionar a análise química de materiais orgânicos.

Embora ainda não esteja pronta para ser usada em organismos vivos, a técnica já é adequada para analisar fósseis, meteoritos e outros materiais orgânicos não-vivos.

Raios duros e moles

A radiação síncrotron é frequentemente subdividida entre raios X duros e raios X moles.

Embora os raios X duros produzam excelentes mapas tridimensionais da estrutura interna das amostras, eles não são adequados para detectar os elementos mais leves da tabela periódica, incluindo o oxigênio e o carbono - isto os torna inadequados para observar qualquer coisa que tenha ou já possa ter tido vida.

Já os raios X moles conseguem detectar esses elementos, mas apenas na superfície das amostras, e não em seu interior, porque não são fortes o suficiente para penetrar profundamente no material.

Em qualquer dos casos, a imagem é gerada com base na absorção dos raios X pelo material da amostra. Múltiplas imagens são reconstruídas por computador para criar a imagem tridimensional.

A nova técnica supera esse dilema e permitirá, pela primeira vez, o mapeamento de estruturas orgânicas.

Química da vida

A vida, tal como a conhecemos, é baseada na química do carbono e do oxigênio.

A distribuição tridimensional da abundância desses elementos e suas ligações químicas é importante para os organismos vivos.

Mas, até hoje, não havia um método capaz de rastrear essas ligações quando estes elementos estão incorporados no interior de outros materiais.

É o caso das chamadas inclusões fluidas, minúsculos depósitos de água, ou outros compostos químicos, dentro de amostras de rochas de Marte ou da Lua, ou minerais e compostos químicos dentro de meteoritos, ou mesmo fósseis incorporados dentro de uma rocha vulcânica.

A tomografia de raios-X, que é amplamente utilizada na medicina e na ciência dos materiais, é sensível ao formato e à textura de uma determinada amostra, mas não consegue revelar os estados químicos em escala macroscópica.

Por exemplo, o grafite e o diamante são ambos constituídos por carbono puro, diferindo apenas na ligação química entre os átomos de carbono. E isso é suficiente para que suas propriedades sejam tão radicalmente diferentes.

Mas fazer uma imagem dessas ligações tem-se mostrado um desafio difícil de superar - algo que seria muito útil para quase todas as áreas de pesquisa, incluindo física, química, geologia e biologia.

Diamantes, água e arNULL contêm carbono e oxigênio mas, até agora, era impossível distinguir entre as diferentes ligações químicas que formam materiais tão diferentes.
[Imagem: Simo Huotari]

Síncrotron em elementos leves

Agora, uma equipe de cientistas da Universidade de Helsinque, na Finlândia, e do ESRF (European Synchrotron Radiation Facility), na França, desenvolveu uma nova técnica que é apropriada exatamente para esta finalidade.

O grupo usou raios X extremamente brilhantes de uma fonte de luz síncrotron para gerar imagens da distribuição das ligações químicas de diferentes formas de carbono no interior de um material opaco, algo até hoje tido como impossível de se fazer sem destruir a amostra.

Em vez de se basear na transmissão dos raios X, como nas técnicas tradicionais, os pesquisadores usaram uma técnica conhecida como espalhamento inelástico, na qual o que é detectado não é o próprio X que atravessa a amostra, mas a radiação dispersa pelo material.

As imagens são obtidas em "fatias", como na tomografia de raios X, mas dispensam o tratamento em computador para a reconstrução da imagem 3D: as fatias só precisam ser "empilhadas" para resultarem na imagem definitiva.

Tipos de carbono

"Nossa nova técnica pode não só ver quais elementos estão presentes em qualquer inclusão, mas também a que tipo de molécula ou cristal eles pertencem. Se a inclusão contém oxigênio, nós conseguimos dizer se o oxigênio pertence a uma molécula de água. Se ela contém carbono, nós podemos dizer se é grafite, diamante, ou alguma forma de carvão," prossegue Huotari. "Imagine encontrar minúsculas inclusões de água ou de diamante escondidas no interior de uma rocha marciana," disse Simo Huotari, coordenador do grupo.

"Agora eu gostaria de tentar isso em rochas de Marte ou da Lua," prossegue Huotari.

Ele contou que grupo testou a nova técnica em flores, mas todas morreram depois da análise. Contudo, afirmou ainda estar confiante em que, no futuro, a técnica possa ser aprimorada para uso em organismos vivos.

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