Thursday, June 14, 2018

Maravilha


Nanorrobôs de DNA controlados instantaneamente com magnetismo

Redação do Site Inovação Tecnológica -  14/06/2018





Os nanorrobôs de DNA, aqui com uma considerável licença artística, são promissores para um sem-número de aplicações. [Imagem: Ella Maru Studio/Science]


Nanotecnologia robótica

Os robôs de DNA estão entre as nanotecnologias mais promissoras, sobretudo para uso em biotecnologia e saúde.

O grande inconveniente é que eles são muito lentos, levando vários minutos para fazer cada movimento ou dar um passo rumo ao seu objetivo.

Esse problema agora foi superado com um novo sistema de controle magnético que permite que os robôs e nanomáquinas feitos de DNA movam-se de forma controlada em uma fração de segundo.

Ou seja, são dois avanços em um: o movimento é rápido e cada passo pode ser controlado individualmente, dando um novo nível de flexibilidade para essas máquinas nanoscópicas e microscópicas.

Isso pode viabilizar várias visões futurísticas da nanotecnologia, incluindo a fabricação molecular e a aplicação localizada de medicamentos no corpo humano, entre várias outras.

"Métodos de manipulação em tempo real, como nossa abordagem magnética, permitem interagir com os nanodispositivos de DNA que, por sua vez, interagem com moléculas e sistemas moleculares que podem ser acoplados a esses nanodispositivos em tempo real e com feedback visual direto," disse o professor Carlos Castro, da Universidade de Ohio, nos EUA.

Nanorrobôs com controle magnético

O controle magnético dos robôs de DNA é fruto da mesclagem de duas tecnologias.

A equipe do professor Castro havia usado a técnica de origami de DNA para dobrar fitas individuais de DNA e formar ferramentas microscópicas simples, como rotores e dobradiças. Eles até construíram um "cavalo de Troia" com DNA para levar drogas para células cancerígenas.

A equipe do professor Ratnasingham Sooryakumar, por sua vez, desenvolveu pinças magnéticas microscópicas para movimentar células biológicas, também com vistas a aplicações biomédicas, como a terapia genética. As pinças são feitas com grupos de partículas magnéticas que se movem em sincronia para empurrar as células para onde elas são necessárias.

Embora invisíveis a olho nu, essas partículas magnéticas são muitas vezes maiores do que as nanomáquinas de Castro. E foi aqui que a junção das duas equipes encontrou um caminho.

As peças construídas com moléculas de DNA podem ser acopladas para formar mecanismos maiores e mais complexos. [Imagem: Stephanie Lauback et al. - 10.1038/s41467-018-03601-5]

Do micromundo ao nanomundo

"Descobrimos uma maneira de tirar proveito do poder das forças magnéticas para sondar o mundo microscópico - um mundo oculto de complexidade impressionante," disse Sooryakumar. "Mas nós queríamos fazer a transição do micromundo para o nanomundo. Isso levou à colaboração com o Dr. Castro. Os desafios eram encolher milhares de vezes a funcionalidade das nossas partículas, acoplá-las a locais precisos nas partes móveis das máquinas e incorporar moléculas fluorescentes como faróis para monitorar as máquinas enquanto elas se movem."

Para isso, as partículas magnéticas foram incorporadas em minúsculas esferas de poliestireno, às quais as nanomáquinas são também acopladas, o que permitiu fazer a conexão do magnetismo com as barras, rotores e dobradiças feitos com origami de DNA.

Ajustando o campo magnético, as partículas magnéticas movimentam os nanocomponentes para a frente e para trás ou os faz girar, com os movimentos sendo executados em menos de um segundo. Por exemplo, o nanorrotor gira 360 graus em cerca de um segundo, enquanto uma nanodobradiça pôde ser fechada ou aberta em 0,4 segundo, ou mantida em um ângulo específico com uma precisão de 8 graus.

Bibliografia:

Real-time magnetic actuation of DNA nanodevices via modular integration with stiff micro-levers
Stephanie Lauback, Kara R. Mattioli, Alexander E. Marras, Maxim Armstrong, Thomas P. Rudibaugh, Ratnasingham Sooryakumar, Carlos E. Castro
Nature Communications
Vol.: volume 9, Article number: 1446
DOI: 10.1038/s41467-018-03601-5


Thursday, May 31, 2018

Os avanços da tecnologia

Estruturas totalmente líquidas são impressas em 3D
Redação do Site Inovação Tecnológica -  15/05/2018







 É uma impressora 3D modificada para imprimir líquido em líquido. [Imagem: Berkeley Lab]

Impressão 3D de líquidos
Uma equipe do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley, nos EUA, desenvolveu uma maneira de imprimir estruturas tridimensionais compostas inteiramente de líquidos.

Usando uma impressora 3D modificada, Joe Forth e seus colegas injetaram finos jatos de água - eles os chamam de "fios" - em óleo de silicone, esculpindo tubos feitos de um líquido dentro de outro líquido.

A impressora 3D de líquidos injeta "fios" de água em um surfactante especial feito com nanopartículas que travam a água no lugar. O surfactante, essencialmente sabão, impede que os tubos se quebrem em gotículas. O surfactante é tão eficiente nisso que a equipe o chama de "supersabão de nanopartículas".

O supersabão foi fabricado dispersando nanopartículas de ouro em água e ligantes de polímero em óleo. As nanopartículas de ouro e os ligantes poliméricos tendem a se ligar uns aos outros, mas também querem permanecer em seus respectivos meios de água e óleo.

Logo após a água ser injetada no óleo, dezenas de ligantes no óleo se ligam a nanopartículas individuais na água, essencialmente "vitrificando", o que estabiliza a interface entre o óleo e a água e trava as estruturas líquidas no lugar. O resultado são estruturas líquidas dispersas em meio líquido, tudo estável.

"Nós podemos espremer o líquido de uma agulha e colocar fios de água em qualquer lugar que quisermos em três dimensões. Também podemos tocar o material com uma força externa, que momentaneamente quebra a estabilidade do supersabão e muda a forma dos fios de água. As estruturas são infinitamente reconfiguráveis," disse Forth.

A impressão de água em óleo usa um supersabão: As nanopartículas de ouro na água se combinam com ligantes poliméricos no óleo para formar um filme elástico na interface, travando a estrutura no lugar. [Imagem: Berkeley Lab]

Eletrônica líquida
A equipe imprimiu fios líquidos entre 10 micrômetros e 1 milímetro de diâmetro, e em uma variedade de formas espiraladas e ramificadas de até vários metros de comprimento. Outra vantagem é que o material pode se adaptar ao ambiente e mudar repetidamente de forma.

Forth acredita que seu material totalmente líquido poderá ser usado para construir eletrônicos líquidos que alimentem aparelhos flexíveis e elásticos.

Ele também prevê a possibilidade de ajustar quimicamente os tubos e as moléculas fluindo através deles, levando a novas maneiras de separar moléculas ou entregar precisamente blocos de construção em nanoescala para compostos em processo de fabricação.

"É uma nova classe de material que pode se reconfigurar, e tem o potencial de ser personalizado em recipientes de reação líquidos para muitos usos, da síntese química e transporte de íons até a catálise," acrescentou o professor Thomas Russell, coordenador da equipe.

Bibliografia:

Reconfigurable Printed Liquids
Joe Forth, Xubo Liu, Jaffar Hasnain, Anju Toor, Karol Miszta, Shaowei Shi, Phillip L. Geissler, Todd Emrick, Brett A. Helms, Thomas P. Russell
Advanced Materials
Vol.: 1707603
DOI: 10.1002/adma.201707603


Tuesday, May 15, 2018

Novos materiais


Gra-feno? Vêm aí mais de 1000-fenos
Redação do Site Inovação Tecnológica -  15/05/2018






Mais de 1.000 materiais unidimensionais já foram identificados, sendo que 258 deles já estão sendo estudados em detalhes. [Imagem: EPFL/G.Pizzi]

Materiais monoatômicos
Os materiais 2D - formados por uma única camada atômica - foram descobertos há quase 15 anos, mas o primeiro deles a ser isolado foi o grafeno, em 2004, o que valeu o Prêmio Nobel de Física.
Apenas algumas dezenas desses materiais foram isolados até agora, mas já se sabia que o grafeno é apenas o começo no universo dos materiais uni e bi-dimensionais.
Agora, graças a uma abordagem informatizada desenvolvida por pesquisadores do Instituto Politécnico Federal de Lausanne, na Suíça, os materiais 2D mais promissores podem ser identificados de maneira mais rápida e criteriosa.
"Para encontrar outros materiais com propriedades semelhantes [ao grafeno], nos concentramos na viabilidade da esfoliação," explicou Nicolas Mounet, membro da equipe. "Mas, em vez de colocar fitas adesivas sobre o grafite para ver se as camadas seriam removidas, como os vencedores do Prêmio Nobel, usamos um método digital."
Biblioteca de materiais 2D
O programa criado pela equipe usou um processo passo a passo de eliminação, que começou identificando todos os materiais compostos de camadas separadas.
"Nós então estudamos a química desses materiais em maior detalhe e calculamos a energia que seria necessária para separar as camadas, concentrando-nos principalmente em materiais onde as interações entre átomos de diferentes camadas são fracas, algo conhecido como ligação de Van der Waals," explicou o pesquisador Marco Gibertini.
O algoritmo foi usado para revisar e analisar cuidadosamente a estrutura de 108.423 materiais 3D catalogados, resultando em um banco de dados com cerca de 5.619 potenciais materiais monoatômicos. Desses potenciais materiais inicialmente selecionados, foram identificadas 1.825 estruturas que poderiam ser esfoliadas, incluindo 1.036 que parecem especialmente fáceis de esfoliar - o consumo de fita adesiva vai ser bem menor.
Programa de código aberto
A equipe já selecionou os materiais que consideraram mais promissores - eles elegeram 258 -, classificando-os de acordo com suas propriedades magnéticas, eletrônicas, mecânicas, térmicas e topológicas.
"No passado, os químicos tinham que começar do zero e continuar tentando coisas diferentes, o que exigia horas de trabalho de laboratório e uma certa sorte. Com nossa abordagem, podemos evitar esse processo longo e frustrante porque temos uma ferramenta que pode apontar os materiais que valem mais a pena estudar, o que nos permite conduzir pesquisas mais focadas," disse o professor Nicola Marzari.
Como a plataforma de cálculos foi disponibilizada de forma pública, outros pesquisadores poderão reproduzir os cálculos ou aplicá-los a qualquer material de interesse para descobrir se ele pode ser esfoliado.
Bibliografia:

Two-dimensional materials from high-throughput computational exfoliation of experimentally known compounds
Nicolas Mounet, Marco Gibertini, Philippe Schwaller, Davide Campi, Andrius Merkys, Antimo Marrazzo, Thibault Sohier, Ivano Eligio Castelli, Andrea Cepellotti, Giovanni Pizzi, Nicola Marzari
Nature Nanotechnology
Vol.: 13, pages246-252
DOI: 10.1038/s41565-017-0035-5