Nanotecnologia

Nanochave faz conexão entre reino biológico e o mundo do silício

Quando se diz que um microprocessador possui centenas de milhões de transistores, poucas pessoas se dão conta de que esses transistores funcionam como simples chaves. Foi do encadeamento correto desses milhões de chaves que nasceu a eletrônica, a computação e toda a revolução tecnológica que estamos vivendo.

Mas os cientistas nunca se dão por satisfeitos e já estão preparando para dar um novo salto: eles acabam de criar uma chave molecular. E uma chave com um grande diferencial - ela permite a conexão entre o reino biológico e o mundo do silício, o elemento básico com que são construídos todos os chips e circuitos eletrônicos.

Antes de demonstrar o funcionamento de sua chave biológica-eletrônica, os cientistas do projeto de pesquisas europeu Mol-Switch, baseados na Universidade de Portsmouth, Inglaterra, tiveram que vencer um desafio interessante: um grande ceticismo dentro da própria comunidade científica.

"Falando francamente, alguns pesquisadores achavam que o que nós estávamos tentando não era possível porque algumas noções básicas de física, por exemplo a equação de Stokes para a viscosidade, indicavam que o sistema não iria funcionar. Mas as forças da viscosidade não se aplicam em nanoescala," conta o coordenador do projeto, Dr. Keith Firman.

E sua teoria estava correta. A chave molecular não apenas funciona melhor do que eles esperavam, como também funciona com um grande número de motores construídos com moléculas de DNA.

A comunicação da chave biológica com o mundo do silício é feita por meio de sensores especiais, que emitem elétrons. Os sensores detectam se o motor biológico está mesmo funcionando e sinalizam esse funcionamento por meio de sinais eletrônicos.

Todo o aparato fica empacotado em um chip microfluídico, um minúsculo dispositivo, construído com a mesma tecnologia que os chips de computador, mas contendo milhares de canais com espessuras medidas na escala de nanômetros. Esses nanocanais permitem que os líquidos fluam de maneira laminar, totalmente previsível.

Nanochave faz conexão entre reino biológico e o mundo do silício

O elemento biológico da chave começa com uma molécula de DNA, fixada em uma base magnética, por sua vez controlada por um campo magnético externo. Além da base magnética de fixação, toda a base do canal é recoberta com sensores de efeito Hall - um efeito que descreve como um campo magnético influencia uma corrente elétrica.

Já o elemento de movimentação, ou motor, da chave, é uma proteína especial chamada de enzima de Restrição-Modificação, é seletivo quanto ao ponto de sua fixação - aderindo somente a uma seqüência específica das bases A, C, G e T do DNA. "Esta ligação é muito específica, um motor irá se ligar somente com suas bases correspondentes, de forma que nós podemos controlar exatamente onde o motor ficará colocado na fita vertical de DNA," diz Firman.

O motor, que é o mecanismo de acionamento da chave, é alimentado por fosfato - moléculas de ATP, que dão energia às células vivas, - que é introduzido pelos pesquisadores nos nanocanais do chip fluídico. O motor molecular então puxa a cadeia de DNA, que está flutuando no líquido como se fosse um balão amarrado a uma corda, na direção da base magnética.

Quando atinge a base magnética, a chave então estará ligada. Os sensores de efeito Hall detectam a posição da chave e informam seu estado por meio de uma corrente de elétrons para a parte eletrônica da chave.

É claro que esta é uma explicação muito simplificada dos processos que fazem com que a chave funcione. Mas esse funcionamento é que é importante, já que um atuador em nível molecular será imensamente útil.

A chave molecular poderá ser utilizada, por exemplo, para a criação de circuitos moleculares, ou mesmo dispositivos mecânicos em escala molecular. "Ela poderá ser utilizada como um comunicador entre os mundos biológico e eletrônico. Eu posso vê-la fazendo uma interface entre os músculos e equipamentos externos, por meio do seu uso da ATP, em implantes humanos. [Mas] essas aplicações estão há 20 ou 30 anos de pesquisas," diz Firman.





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