doi.org/10.1038/43646
Credibilidade: 999
#Nanotecnologia
Em 2016, o professor de Química Orgânica da Universidade de Groningen, Ben Feringa, e dois de seus colegas receberam o Prêmio Nobel de Química por terem criado “as menores máquinas do mundo”. Feringa construiu um motor movido a luz que compreende uma única molécula. O artigo científico descrevendo esse motor molecular foi publicado há 25 anos, em 9 de setembro de 1999, na Nature.
O primeiro motor molécular foi concebida como um interruptor molecular movido a luz. Feringa buscou maneiras de fazer interruptores a partir de moléculas únicas em uma busca para fazer eletrônicos cada vez menores. Esses interruptores deveriam formar “bits moleculares”, que poderiam armazenar informações como zeros e uns, ligando-os e desligando-os.
Na época, Feringa não estava procurando um motor molecular, embora ele tivesse especulado anteriormente que uma máquina tão pequena poderia existir. E como a sorte favorece a mente preparada, ele reconheceu os resultados estranhos que seu pós-doutorado Nagatoshi Koumura apresentou.
Koumura estava pesquisando tal “interruptor”, mas em vez disso ele encontrou sinais de uma molécula que não alternava entre duas posições, mas na qual uma parte fazia uma volta completa de 360 “”graus, girando em um eixo molecular.
A molécula motora consiste em uma parte superior e uma inferior que são conectadas por meio de dois átomos de carbono que formam o eixo rotativo, e é alimentada por luz ultravioleta e calor.
Quando a luz UV brilha na molécula, ela gira 180 graus. Essa rotação é reversível, mas ao aplicar calor também, o formato da molécula muda no processo. Essa mudança de formato impede a reversão, de modo que a rotação se move em apenas uma direção. Duas dessas etapas de luz/calor produzem uma rotação completa de 360 “”graus.
Depois que a equipe de Feringa estabeleceu como a molécula do motor funciona, eles começaram a melhorá-la. A velocidade de rotação foi aumentada, e todos os tipos de modificações foram feitas para fazê-la funcionar de forma mais eficiente. Um motor é — é claro — útil apenas quando pode realizar trabalho.
Os primeiros motores foram feitos para flutuar livremente em um solvente, o que significava que eles não podiam fazer muito além de agitar o solvente. Portanto, as moléculas do motor eram fixadas a uma superfície, o que lhes permitia exercer força em seus arredores.
Em 2006, o grupo de pesquisa Ben Feringa publicou um artigo descrevendo como moléculas do motor movidas a luz em um filme líquido-cristalino podiam girar uma haste de vidro 10.000 vezes maior do que esses motores. Além disso, fibras criadas a partir das moléculas do motor movidas a luz agiam como músculos; elas se contraíam quando um lado era iluminado. E recentemente, os motores movidos a luz de Feringa foram usados “”em uma “borboleta” impressa em 3D. Incidir luz UV nas asas da borboleta muda seu formato e resulta em um movimento de bater asas, embora seja importante ressaltar que ela não voa.
Um carro minúsculo
Em um projeto especial, quatro moléculas de motor foram conectadas a um chassi para criar um nanocarro com tração nas quatro rodas. Ele foi concluído e descrito no periódico Nature em 2011. O nanocarro usou uma versão modificada do motor molecular, que era alimentado por eletricidade gerada pela superfície em que viajava.
Este projeto foi realizado por uma equipe que incluía Syuzanna Harutyunyan, Tibor Kudernac e Nathalie Katsonis, que agora são todos professores titulares no Instituto de Química Stratingh da Universidade de Groningen.
Na versão mais recente do motor molecular, a eficiência foi aumentada ainda mais, facilitando o controle de seus movimentos. Quando um lote das versões mais antigas do motor molecular foi irradiado, eles formaram uma mistura de motores em diferentes estágios do ciclo de rotação. Com o motor mais eficiente, é possível sincronizar todos os motores e controlá-los em cada estágio do ciclo de rotação.
Este novo motor foi usado para mudar a cor de um cristal líquido usando luz.
Medicamentos controlados pela luz
Enquanto isso, os interruptores que deram início a tudo isso acabaram voltando, não em chips de computador, mas em medicamentos. Interruptores acionados pela luz podem ser usados “”para ligar medicamentos especificamente no local onde são necessários. O medicamento desligará automaticamente após algumas horas.
Isso pode reduzir a quantidade de efeitos colaterais no corpo. Isso também significa que o medicamento, por exemplo, um antimicrobiano, terá desligado quando deixar o corpo e entrar no sistema de esgoto, evitando o desenvolvimento de resistência antimicrobiana no ambiente.
Em seu discurso de aceitação do Prêmio Nobel de 2016, Feringa comparou seus motores moleculares ao primeiro avião construído pelos irmãos Wright. Embora isso estivesse muito longe dos aviões a jato modernos, foi o início de uma era totalmente nova.
Em 25 anos, os motores moleculares se desenvolveram de moléculas peculiares em ferramentas que podem ser usadas na ciência dos materiais e na medicina. Os próximos 25 anos provavelmente mostrarão se eles podem revolucionar nosso mundo de maneiras semelhantes à indústria da aviação.
Não é só uma cara de motor:
Construir moléculas sempre foi uma paixão para Feringa, e ele usou essas habilidades para trabalhar em vários tópicos. Ele fez várias contribuições significativas para o campo da catálise, o desenvolvimento de compostos que aceleram uma reação química sem serem consumidos no processo – ferramentas importantes para a indústria química.
Ele também estudou a quiralidade, a “lateralidade” de moléculas que têm a mesma composição, mas são a imagem espelhada uma da outra, assim como nossas mãos esquerda e direita. Na química, as diferentes “mãos” podem ter propriedades muito diferentes, mas a quiralidade também é uma característica da vida. Estudar isso pode nos dizer mais sobre como a vida na Terra surgiu.
Publicado em 11/09/2024 12h46
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