Nanotecnologia

Nanobalança pesa moléculas individuais

Nanobalança consegue pesar moléculas individuais
A nanobalança é formada por uma estrutura em formato de ponte, que fica vibrando em uma frequência muito precisa. [Imagem: Caltech/Scott Kelberg/Michael Roukes]

Balança molecular

Cientistas franceses e norte-americanos construíram uma balança capaz de medir a massa de moléculas individuais, uma de cada vez.

A nanobalança permitirá o estudo de vírus, a análise do funcionamento das células e o projeto de nanopartículas funcionalizadas, além de avaliar melhor os componentes da poluição atmosférica e até o processo de formação das nuvens.

O núcleo do aparelho é uma estrutura em formato de ponte, que fica vibrando em uma frequência muito precisa.

Quando a molécula é colocada sobre essa ponte, a massa da molécula muda ligeiramente a frequência de oscilação da ponte, permitindo calcular seu peso exato.

Medição única

Parece simples demais para não ter sido feito antes, mas o problema é que a alteração na frequência depende da posição exata onde a molécula, ou a nanopartícula, cai sobre a ponte vibratória.

Assim, era necessário um longo e tedioso trabalho de medir moléculas ou partículas idênticas cerca de 500 vezes, até se chegar ao valor exato.

Agora, Michael Roukes e seus colegas desenvolveram uma técnica que permite que a nanobalança funcione com a simplicidade de uma balança comum: basta colocar uma molécula e ler o resultado.

"O avanço crítico que fizemos neste trabalho é que agora conseguimos pesar as moléculas uma por uma, conforme elas vão se depositando sobre a ponte," explicou o pesquisador.

Modos vibracionais

Para isso, os pesquisadores analisaram como uma partícula altera a frequência de vibração da ponte.

Todo movimento oscilatório é composto dos chamados modos vibracionais.

No primeiro modo, a partícula influencia o movimento de um lado para o outro, com o centro da estrutura apresentando o movimento máximo.

O segundo modo vibracional ocorre em uma frequência maior, quando metade da ponte se move lateralmente em uma direção, e a outra metade vai no sentido oposto, formando uma onda em forma de S que se estende pelo comprimento da ponte.

Existe um terceiro modo, um quarto modo, e assim por diante.

Sempre que a ponte oscila, o seu movimento pode ser descrito como uma mistura desses modos de vibração.

O que a equipe descobriu é que basta analisar a forma como os dois primeiros modos alteram as frequências para determinar tanto a massa da partícula quanto sua posição.

Nanobalança

Embora uma outra nanobalança já tenha conseguido pesar átomos individuais, este novo equipamento é reutilizável como qualquer balança, ou seja, uma vez posto em funcionamento, pode ser usado um sem-número de vezes, para pesar o que for necessário e quando for necessário.

A nanobalança se enquadra na categoria dos NEMS (nanoelectromechanical system), sistema eletromecânicos com dimensões 1.000 vezes menores do que os mais conhecidos MEMS (microelectromechanical system).

Para o futuro, cientistas chineses demonstraram ser possível deixar para trás os mecanismos oscilantes, e usar apenas luz para medir "coisas" na faixa dos zeptogramas, o que equivale a 10-21 gramas.

Bibliografia:

Single-protein nanomechanical mass spectrometry in real time
M. S. Hanay, S. Kelber, A. K. Naik, D. Chi, S. Hentz, E. C. Bullard, E. Colinet, L. Duraffourg, M. L. Roukes
Nature Nanotechnology
Vol.: Published online
DOI: 10.1038/nnano.2012.119




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