Semicondutor é sintetizado por evolução genética dirigida

Redação do Site Inovação Tecnológica - 20/06/2012

Os cientistas acreditam que, no futuro, a técnica poderá gerar semicondutores que se cristalizem diretamente no formato desejado.
[Imagem: Bawazer et al./PNAS]

Evolução molecular

Cientistas usaram a engenharia genética e tiraram proveito da evolução molecular para sintetizar um semicondutor, o tipo de material usado para fabricar todos os circuitos eletrônicos.

Segundo Lukmaan Bawazer, da Universidade da Califórnia em Santa Bárbara, agora já é possível vislumbrar, em um futuro não tão distante, técnicas que utilizem o DNA para construir novos materiais sintéticos, com propriedades não encontradas em materiais naturais.

"No reino das tecnologias humanas será uma técnica nova, mas é um enfoque bem antigo no reino da natureza," disse ele.

Usando silicateínas, proteínas responsáveis pela formação do esqueleto de sílica das esponjas marinhas, os pesquisadores criaram uma nova arquitetura mineral.

Para isso, eles dirigiram a evolução dessas enzimas para que, em vez do esqueleto do animal, elas construíssem um cristal de material semicondutor.

O processo é uma espécie de evolução molecular, não celular - ou seja, enquadra-se no campo da biologia sintética não-celular.

Evolução dirigida

Diferentemente da evolução natural, na evolução dirigida os cientistas controlam o processo para chegar ao material com as propriedades desejadas - na verdade, eles próprios selecionam as proteínas que deveriam continuar evoluindo.

Nas esponjas, a silicateína serve como um molde para a mineralização do esqueleto - um processo similar ao da formação dos ossos humanos.

Em sua evolução dirigida, os pesquisadores usaram as silicateínas para revestir microesferas de poliestireno, que foram colocadas em uma emulsão de água-em-óleo contendo os precursores químicos para o material desejado.

A equipe usou silício e titânio, dissolvidos na fase água ou na fase óleo da emulsão.

Conforme as silicateínas reagiam com os metais, estes se precipitavam, formando nanopartículas de dióxido de silício ou dióxido de titânio, incorporados em um "esqueleto" sintético.

Antes disso, porém, os pesquisadores tiveram que selecionar as silicateínas com as qualidades desejadas - é aí que entra a evolução dirigida, com as silicateínas desejadas sendo capturadas na "piscina genética" da emulsão.

(A) Microesferas de poliestireno recobertas com silicateína reagem com os precursores metálicos na emulsão, produzindo compósitos minerais, que são ordenados por tamanho. (B) esquema da biblioteca genética usada para os experimentos de seleção, usada para produzir o que os cientistas chamam de biblioteca quimérica de silicateínas variantes.
[Imagem: Bawazer et al./PNAS]

Evolução metálica

O processo de bioengenharia gerou formas de silicateínas não disponíveis na natureza, que geram estruturas minerais diferentes: algumas se aglomeram em planos, gerando nanopartículas dispersas, enquanto outras aglomeram as nanopartículas.

Finalmente, depois de várias tentativas, os pesquisadores conseguiram selecionar uma linhagem que se mostrou capaz de formar os cristais semicondutores. "Uma capacidade que foi obtida através da evolução dirigida," disse Bawazer.

Segundo ele, como as silicateínas são enzimas, pode-se usar cadeias de aminoácidos mais longas, que se dobram em formatos precisos, para obter maior funcionalidade do processo, criando estruturas mais complexas.

"Esta plataforma está pronta para exercer muitos dos níveis hierárquicos de controle encontrados na biomineralização natural, incluindo controles genético, químico, espacial, estrutural e morfológico, ao mesmo tempo oferecendo o suporte da seleção evolucionária de novas proteínas de mineralização e os correspondentes materiais geneticamente codificados que elas produzem," resumem os pesquisadores em seu artigo.

Eles também afirmam que a técnica deverá funcionar com vários metais, que poderão ser postos para "evoluir" para diferentes tipos de materiais com a ajuda das informações codificadas no DNA associado com as proteínas.

Mais tópicos