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Materiais bio-híbridos: Vírus organizam elementos sintéticos e biológicos

Materiais bio-híbridos: Vírus organizam elementos sintéticas e biológicas
As nanopartículas e os vírus assumem um tipo especial de estrutura diferente de qualquer estrutura cristalina conhecida, seja atômica ou molecular. [Imagem: Johanna Juselius]

Metamateriais biocristalinos

Cientistas finlandeses conseguiram juntar vírus, proteínas e nanopartículas para formar materiais cristalinos.

Estes nanomateriais "biocristalinos" artificiais poderão servir a aplicações que vão dos sensores dos mais diversos tipos à óptica, eletrônica e carregamento de medicamentos para o interior do corpo humano.

Eles se juntarão também à classe dos chamados metamateriais, eventualmente permitindo a construção de mantos da invisibilidade e sistemas de teletransporte magnético mais precisos e mais eficientes.

Os pesquisadores demonstraram como as nanopartículas e os vírus podem ser forçados a assumir um tipo especial de estrutura, similar à encontrada nos cristais inorgânicos, como nos minerais.

Apesar da similaridade, contudo, a organização não corresponde a nenhuma estrutura cristalina conhecida, seja atômica ou molecular, e nunca havia sido observada em partículas nanométricas.

Automontagem

As partículas virais - os vírus, velhos inimigos da humanidade - podem fazer muito mais do que infectar organismos vivos.

A evolução deu-lhes a capacidade de se auto-organizar de forma altamente controlada.

O que Mauri Kostiainen e seus colegas da Universidade de Aalto, na Finlândia, querem fazer é explorar essas propriedades dos vírus para construir materiais híbridos com múltiplas funções.

E não serão materiais comuns, ou mesmo os já tradicionais compósitos, mas materiais que consistem tanto de matéria viva quanto de compostos sintéticos.

As chamadas super-redes de nanopartículas cristalinas têm sido extensivamente estudadas nos últimos anos com o objetivo de desenvolver nanomateriais hierarquicamente estruturados.

Materiais bio-híbridos: Vírus organizam elementos sintéticas e biológicas
A aplicação mais conhecida desses materiais bio-híbridos será na criação das chamadas "gaiolas de proteínas", que contenham em seu interior nanopartículas funcionalizadas para atacar e destruir células tumorais no interior do corpo humano. [Imagem: Kostiainen et al./Nature Nanotechnology]

As possibilidades de aplicação são enormes, já que esses materiais podem ter suas propriedades ópticas, magnéticas, eletrônicas e catalíticas ajustadas durante o processo de sua fabricação.

Essas super-redes bio-híbridas, formadas por nanopartículas e proteínas, por exemplo, permitirão selecionar as melhores características de ambos os tipos de partículas a serem combinados.

Gaiolas de proteínas

Os cientistas estão particularmente interessados em usar a versatilidade das nanopartículas sintéticas.

Mas, para tirar proveito integral dessa versatilidade, as nanopartículas precisam estar organizadas de maneira muito precisa, algo que pode ser herdado do componente biológico que entrar na composição dos materiais bio-híbridos.

O trabalho dos cientistas finlandeses é um marco nesse caminho, ao tirar proveito do trabalho dos vírus.

O grupo descobriu, por exemplo, como juntar a ferritina, um material magnético, e nanopartículas de ouro, estruturadas em "gaiolas" de proteínas.

Essas entidades magnéticas podem modular de forma muito eficiente o tempo de relaxamento dos spins de prótons na água - algo com uma aplicação imediata no aumento do contraste em exames de ressonância magnética.

A aplicação mais conhecida, no entanto, será a criação das chamadas "gaiolas de proteínas", que contenham em seu interior as nanopartículas funcionalizadas, que possam atacar e destruir células tumorais no interior do corpo humano.

Bibliografia:

Electrostatic assembly of binary nanoparticle superlattices using protein cages
Mauri A. Kostiainen, Panu Hiekkataipale, Ari Laiho, Vincent Lemieux, Jani Seitsonen, Janne Ruokolainen, Pierpaolo Ceci
Nature Nanotechnology
Vol.: 8, 52-56
DOI: 10.1038/nnano.2012.220




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