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Nanotecnologia

Cientistas descobrem princípios universais da automontagem

Redação do Site Inovação Tecnológica - 18/05/2020

Cientistas descobrem princípios universais da automontagem
Dinâmica da automontagem descreve surgimento de pontos quânticos de 3 nanômetros, esferas de poliestireno de 500 nanômetros, célula da bactéria Micrococcus luteus, de 0,7 micrômetro, célula da bactéria Escherichia coli, entre 1 e 2 micrômetros, células da levedura Saccharomyces cerevisiae de 5 micrômetros, e célula mamária humana, de 15 micrômetros.
[Imagem: Ghaith Makey/Bilkent University]

Automontagem

Há décadas, os cientistas tentam desvendar os princípios de funcionamento da automontagem, o processo que construiu e constrói tudo, dos grãos de poeira à vida, átomo por átomo, gerando desde os cristais, um material inorgânico bem simples, até as células vivas e todos os complexos organismos biológicos.

Agora, uma equipe da Turquia demonstrou os princípios fundamentais de um processo de automontagem universal atuando em uma variedade de materiais em uma escala que vai de pontos quânticos formados por poucos átomos, até células humanas grandes, com quase 100 trilhões de átomos cada uma.

Como tudo o que a nanotecnologia quer é montar as coisas de baixo para cima, átomo por átomo ou molécula por molécula, a descoberta desse princípio deverá ter um impacto de larga escala.

"Para iniciar a automontagem, ou você força o sistema a fornecer um resultado específico ou põe sua dinâmica interna a seu serviço para obter resultados universais. Seguimos a segunda abordagem," conta Serim Ilday, da Universidade de Bilkent.

Curva S e distribuição Tracy-Widom

O que a equipe descobriu é que todas as partículas se juntam seguindo uma função sigmoide, também conhecida como curva S.

Curiosamente, eles também observaram que os desvios individuais das curvas S seguem as estatísticas da distribuição Tracy-Widom, que se manifesta em diversos sistemas sociais, econômicos e físicos, e que você provavelmente já se acostumou a ver durante a atual pandemia de covid-19: são aqueles gráficos mostrados quando as autoridades de saúde explicam porque é importante "achatar a curva" da disseminação da doença.

"O que nos motiva atualmente é prever e estudar novos exemplos de sistemas na universalidade de Tracy-Widom, e entender por que ela se manifesta em tantos sistemas tão diferentes," disse Ghaith Makey, da Universidade de Ancara.

Cientistas descobrem princípios universais da automontagem
A descoberta terá uma infinidade de aplicações práticas na construção de materiais de baixo para cima.
[Imagem: Ghaith Makey et al. - 10.1038/s41567-020-0879-8]

Controle sobre a matéria

A descoberta do princípio matemático de agregação das partículas é importante porque o controle sobre a matéria quântica - ao nível das moléculas e dos átomos - está, de várias maneiras, muito além dos recursos da tecnologia atual.

E a equipe demonstrou como seu método poderia ser útil para aplicações práticas.

"As possibilidades são infinitas. Por exemplo, uma infecção desconhecida é detectada na UTI de um hospital. Em vez de esperar horas ou dias para identificar o patógeno culpado, em questão de minutos você pode coletar uma amostra, adicionar medicamentos candidatos, ver se eles dão um fim da infecção," exemplifica o pesquisador Doruk Engin. "Foi inacreditável ver com que facilidade os organismos vivos podiam ser manipulados em segundos".

Os pesquisadores enfatizam que o princípio que eles descobriram não é, de modo algum, o fim da história, e que a pesquisa da automontagem tem um caminho longo e difícil pela frente para revelar os princípios básicos que a mãe natureza usa para construir o mundo. Mas este foi um passo importantíssimo.

"Possíveis usos práticos à parte, nosso método é uma ótima ferramenta para explorar a física de como os sistemas evoluem para longe do equilíbrio. Isso inclui as epidemias; de fato, nossa análise preliminar dos dados da covid-19 sugere que suas flutuações podem estar seguindo a estatística de Tracy-Widom, exatamente como o nosso sistema," acrescentou Ilday. "Mais interessante, nosso modelo analítico se encaixa melhor nos dados da covid do que a curva S."

Bibliografia:

Artigo: Universality of dissipative self-assembly from quantum dots to human cells
Autores: Ghaith Makey, Sezin Galioglu, Roujin Ghaffari, E. Doruk Engin, Gokhan Yildirim, Ozgun Yavuz, Onurcan Bektas, U. Seleme Nizam, Ozge Akbulut, Ozgür Sahin, Kivanç Gungor, Didem Dede, H. Volkan Demir, F. Omer Ilday, Serim Ilday
Revista: Nature Physics
DOI: 10.1038/s41567-020-0879-8






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