Nanotecnologia

Escova molecular liga eletrônico ao biológico e cria biocélulas de energia

Escova molecular liga eletrônico ao biológico e cria biocélulas de energia
[Imagem: Jason Locklin]

O corpo humano possui várias fontes naturais de energia, capazes de produzir eletricidade em quantidade suficiente para alimentar dispositivos médicos, como implantes, sensores bioquímicos, ouvidos biônicos e eventualmente até mesmo membros artificiais para pessoas amputadas.

Hoje, todos esses equipamentos dependem de baterias, que aumentam o tamanho e o peso dos implantes, além de exigir uma manutenção constante, muitas vezes por meio de procedimentos médicos altamente invasivos e de alto risco.

Proteção contra "gatos"

O problema é que o corpo possui suas próprias defesas contra os "gatos" de energia: enzimas especiais convertem a energia química em energia elétrica com grande eficiência, e camadas isolantes especiais impedem a fuga desses elétrons circulantes, mantendo-os nos locais onde eles são necessários.

Essa proteção natural impede a conexão dos eletrodos dos dispositivos eletrônicos artificiais aos tecidos biológicos para aproveitamento dessa energia, sobretudo por meio da construção de biocélulas artificiais, que possam reproduzir esses mecanismos biológicos para a geração de energia.

Interfaces entre biológico e eletrônico

Agora, em uma descoberta que mereceu destaque dos editores da renomada revista Science, a equipe do Dr. Jason Locklin, da Universidade da Geórgia, nos Estados Unidos, criou uma estrutura de fios moleculares, que eles batizaram de "escovas moleculares," que poderá finalmente fazer a conexão entre o biológico e o eletrônico.

Os pequenos fios poliméricos são capazes de capturar eletricidade de tecidos biológicos e eventualmente alimentar implantes médicos. E possuem potencial para muito mais.

As escovas moleculares representam um marco significativo para a nanotecnologia porque significam o primeiro passo para o desenvolvimento de células de energia biológicas que poderão resolver o eterno problema da conexão entre equipamentos eletrônicos e tecidos biológicos, além de virem eventualmente a eliminar a necessidade de baterias para os implantes médicos.

Escovas moleculares

"Os fios moleculares são de fato cadeias poliméricas crescidas a partir de uma superfície metálica, com grande densidade," explica Locklin. "A estrutura da película lembra uma escova de dentes, onde as cadeias conjugadas de polímeros parecem-se com as cerdas."

Os polímeros são moléculas aromáticas de tiofeno e benzeno, que são semicondutores orgânicos cujas propriedades eletrônicas mudam de acordo com suas dimensões e com a densidade de fios sobre a superfície. É a densidade e a distribuição que determinam que as moléculas de tiofeno comportem-se como condutores para a captura de eletricidade.

As escovas moleculares medem entre 5 e 50 nanômetros de altura. Essas dimensões, e as propriedades eletrônicas ajustáveis abrem caminho para seu uso em outras estruturas eletrônicas, incluindo a conexão com sensores, transistores e diodos.

Eletrônica flexível

A descoberta demonstra que, embora a eletrônica orgânica, também chamada de "eletrônica flexível," seja uma área de grande florescimento, ela está em sua infância. "Por exemplo, nós ainda não entendemos bem toda a física fundamental envolvida na movimentação de cargas elétricas em materiais orgânicos," diz Locklin.

O próximo passo da pesquisa é desenvolver as aplicações práticas para as escovas moleculares. Por exemplo, as escovas de polímeros poderão ser utilizadas em interfaces entre tecidos orgânicos e aparelhos eletrônicos, incluindo membros biônicos e marca-passos, mas também em transistores e até em células solares orgânicas.

Bibliografia:

Formation of conjugated polymer brushes by surface-initiated catalyst-transfer polycondensation
S. Kyle Sontag, Nicholas Marshall, Jason Locklin
Chemical Communications
Vol.: 2009, 3354 - 3356
DOI: 10.1039/b907264k




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