Manipular os átomos que compõem as moléculas à vontade é muito mais fácil falar do que fazer. Agora, uma equipe internacional da qual participaram pesquisadores do Centro Singular de Pesquisa em Química Biológica e Materiais Moleculares (CiQUS) da Universidade de Santiago de Compostela fez progressos significativos neste campo. A equipe de cientistas explicou os detalhes da pesquisa em um artigo na revista Ciência.
Um Lego molecular.
Moléculas são estruturas microscópicas compostas por átomos de um ou mais elementos ligados entre si. O material composto por moléculas não depende apenas do tipo de átomos que compõem a molécula, mas também da estrutura que esses átomos formam ao se unirem.
Para moléculas com o mesmo tipo e número de átomos, mas com estruturas diferentes, semelhante a como podemos criar dois Legos diferentes usando as mesmas peças. Assim, com quatro átomos de carbono e dez átomos de hidrogênio podemos criar uma molécula de butano ou outra de 2-metilpropano. Dois compostos com características diferentes. Nem mesmo dois compostos idênticos, mas com estruturas simétricas, podem ter propriedades muito diferentes.
Manuseie as peças.
A equipe conseguiu manipular as ligações entre os átomos de uma molécula, um a um, para alterar sua estrutura, um marco nunca alcançado. Até agora, para fazer mudanças nas estruturas das moléculas era necessário introduzir novos átomos e moléculas na equação para que eles interagissem com as moléculas a serem alteradas.
Em uma peça separada no mesmo número de CiênciaIgor Alabugin e Chaowei Hu também recorrem à metáfora da Lego para descrever o processo atual: “é como colocar blocos de Lego em uma máquina de lavar e esperar que trilhões de moléculas acabem se montando no final com a forma do produto desejado ”.
“Desde o século 19, os químicos tentam mudar a conectividade entre os átomos nas moléculas para obter novas funcionalidades”, explica Diego Peña, pesquisador do CiQUS e coautor do estudo. “A novidade é que agora podemos fazê-lo extremamente precisamente e em moléculas individuais, como se tivéssemos pinças nanométricas do tamanho de moléculas”.
Os microscópios mais poderosos.
A chave para o método desenvolvido por esta equipe internacional está nos microscópios utilizados. Microscópios de sonda de varredura (STMs, para Microscópio de tunelamento de varredura) são alguns dos microscópios mais poderosos já desenvolvidos, capazes de capturar imagens em escala atômica. Além da CiQUS, a IBM, empresa responsável pelo desenvolvimento dessa tecnologia há 40 anos, participou da equipe.
Eles se baseiam em um princípio diferente dos microscópios ópticos, na interação entre os átomos a serem observados e a ponta do microscópio. Com essa mesma dica, a equipe aplicou diferentes voltagens elétricas aos átomos que compunham a molécula até que eles se movimentassem, alterando as ligações químicas entre os pares de átomos e, assim, alterando a estrutura da molécula observada.
Esses microscópios já haviam sido usados para manipular átomos, mas nunca alterando assim as ligações de moléculas orgânicas como esta. Claro, o número de experimentos realizados nas quatro décadas de desenvolvimento dessas equipes deu um grande número de resultados curiosos.
Um processo reversível.
O controle concedido por essa técnica é tal que os pesquisadores permitiram não apenas alterar as ligações atômicas que deram estrutura à molécula, mas também reverter essas alterações para que o composto orgânico voltasse à sua forma inicial. “Podemos alternar repetidamente entre as diferentes estruturas”, explicou Leo Gross, da IBM.
química artesanal.
Como Alabugin e Huen apontaram em seu artigo, esse novo procedimento para modificação de moléculas é muito diferente do usado agora. A principal aplicação é a criação de máquinas moleculares, estruturas nanoscópicas (formadas por uma única molécula) capazes de realizar funções simples em resposta a um estímulo externo. Um exemplo disso é o processo pelo qual nosso DNA se replica.
Um quebra-cabeça ainda sem solução.
O estudo abre um caminho interessante na arte (extremamente complexa) de manipular moléculas. Como explica a equipe, os próximos passos podem ser na direção da criação de máquinas moleculares capazes de desenvolver tarefas cada vez mais complexas; ou também a de usar os próprios elétrons da molécula para realizar as mudanças. Teremos que esperar para descobrir quais serão as aplicações dessa tecnologia.
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Manipular os átomos que compõem as moléculas à vontade é muito mais fácil falar do que fazer. Agora, uma equipe internacional da qual participaram pesquisadores do Centro Singular de Pesquisa em Química Biológica e Materiais Moleculares (CiQUS) da Universidade de Santiago de Compostela fez progressos significativos neste campo. A equipe de cientistas explicou os detalhes da pesquisa em um artigo na revista Ciência.
Um Lego molecular.
Moléculas são estruturas microscópicas compostas por átomos de um ou mais elementos ligados entre si. O material composto por moléculas não depende apenas do tipo de átomos que compõem a molécula, mas também da estrutura que esses átomos formam ao se unirem.
Para moléculas com o mesmo tipo e número de átomos, mas com estruturas diferentes, semelhante a como podemos criar dois Legos diferentes usando as mesmas peças. Assim, com quatro átomos de carbono e dez átomos de hidrogênio podemos criar uma molécula de butano ou outra de 2-metilpropano. Dois compostos com características diferentes. Nem mesmo dois compostos idênticos, mas com estruturas simétricas, podem ter propriedades muito diferentes.
Manuseie as peças.
A equipe conseguiu manipular as ligações entre os átomos de uma molécula, um a um, para alterar sua estrutura, um marco nunca alcançado. Até agora, para fazer mudanças nas estruturas das moléculas era necessário introduzir novos átomos e moléculas na equação para que eles interagissem com as moléculas a serem alteradas.
Em uma peça separada no mesmo número de CiênciaIgor Alabugin e Chaowei Hu também recorrem à metáfora da Lego para descrever o processo atual: “é como colocar blocos de Lego em uma máquina de lavar e esperar que trilhões de moléculas acabem se montando no final com a forma do produto desejado ”.
“Desde o século 19, os químicos tentam mudar a conectividade entre os átomos nas moléculas para obter novas funcionalidades”, explica Diego Peña, pesquisador do CiQUS e coautor do estudo. “A novidade é que agora podemos fazê-lo extremamente precisamente e em moléculas individuais, como se tivéssemos pinças nanométricas do tamanho de moléculas”.
Os microscópios mais poderosos.
A chave para o método desenvolvido por esta equipe internacional está nos microscópios utilizados. Microscópios de sonda de varredura (STMs, para Microscópio de tunelamento de varredura) são alguns dos microscópios mais poderosos já desenvolvidos, capazes de capturar imagens em escala atômica. Além da CiQUS, a IBM, empresa responsável pelo desenvolvimento dessa tecnologia há 40 anos, participou da equipe.
Eles se baseiam em um princípio diferente dos microscópios ópticos, na interação entre os átomos a serem observados e a ponta do microscópio. Com essa mesma dica, a equipe aplicou diferentes voltagens elétricas aos átomos que compunham a molécula até que eles se movimentassem, alterando as ligações químicas entre os pares de átomos e, assim, alterando a estrutura da molécula observada.
Esses microscópios já haviam sido usados para manipular átomos, mas nunca alterando assim as ligações de moléculas orgânicas como esta. Claro, o número de experimentos realizados nas quatro décadas de desenvolvimento dessas equipes deu um grande número de resultados curiosos.
Um processo reversível.
O controle concedido por essa técnica é tal que os pesquisadores permitiram não apenas alterar as ligações atômicas que deram estrutura à molécula, mas também reverter essas alterações para que o composto orgânico voltasse à sua forma inicial. “Podemos alternar repetidamente entre as diferentes estruturas”, explicou Leo Gross, da IBM.
química artesanal.
Como Alabugin e Huen apontaram em seu artigo, esse novo procedimento para modificação de moléculas é muito diferente do usado agora. A principal aplicação é a criação de máquinas moleculares, estruturas nanoscópicas (formadas por uma única molécula) capazes de realizar funções simples em resposta a um estímulo externo. Um exemplo disso é o processo pelo qual nosso DNA se replica.
Um quebra-cabeça ainda sem solução.
O estudo abre um caminho interessante na arte (extremamente complexa) de manipular moléculas. Como explica a equipe, os próximos passos podem ser na direção da criação de máquinas moleculares capazes de desenvolver tarefas cada vez mais complexas; ou também a de usar os próprios elétrons da molécula para realizar as mudanças. Teremos que esperar para descobrir quais serão as aplicações dessa tecnologia.
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