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Nanopartículas “nadadoras” podem ser usadas na limpeza da água e do solo, dizem pesquisadores

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Nanopartículas “nadadoras” podem ser usadas na limpeza da água e do solo, dizem pesquisadores
Nanopartículas “nadadoras” podem ser usadas na limpeza da água e do solo, dizem pesquisadores

Pesquisadores da Universidade de Boulder, no Colorado, descobriram que nanopartículas “nadadoras” têm capacidade de escapar de labirintos até 20 vezes mais rápido que outros microorganismos, o que pode ser indício de seu uso em projetos de limpeza da água e do solo, ou ainda na entrega de medicamentos.

O estudo, publicado no Proceedings of the National Academy of Sciences, fala sobre o desenvolvimento de nanopartículas sintéticas – literalmente, robôs de escala nano de tamanho – que trazem habilidade de auto propulsão. Seu formato esférico traz uma reação química ocorrendo de um lado, mas não do outro, permitindo que o corpo extraia energia do ambiente ao seu redor e o converta em movimento direcional.

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Diagrama mostra as nanopartículas nadadoras, detalhadas em vermelho e verde, cruzando um labirinto em 3D
Um diagrama em 3D mostra as nanopartículas nadadoras criadas pela Universidade de Boulder: direção autônoma faz com que elas cruzem labirintos mais rapidamente. Imagem: Haichao Wu/Universidade de Boulder

“Essa é a descoberta de um fenômeno inteiramente novo, que aponta para um amplo potencial de aplicações”, disseram Daniel Schwartz, autor do estudo; e Glenn L. Murphy, professor de engenharia química e biológica.

As nanopartículas nadadoras receberam o nome de “Janus”, em referência à divindade de duas cabeças da mitologia romana. Elas são, basicamente, uma conversão de nanopartículas passivas (que têm movimento aleatório, porém não auto sustentado). Elas foram colocadas em “treino” em ambientes de labirinto, a fim de avaliar suas capacidades autônomas. Foi aí que a descoberta foi feita.

“Na biologia dos organismos vivos, a propulsão celular é o mecanismo dominante que causa a ocorrência de movimento. E mesmo assim, em aplicações de engenharia, esse conceito é raramente utilizado. Nosso trabalho sugere que há muito o que podemos fazer com essa propulsão autônoma”, disse Schwartz.

Nos testes, as paredes dos labirintos eram levemente porosas. Enquanto partículas passivas se moviam aleatoriamente pelos caminhos pré-determinados, as nanopartículas nadadoras Janus usavam seus movimentos direcionados para procurar por passagens nas próprias paredes. E dada a natureza de extração de energia de sua engenharia, elas tinham não apenas o movimento a seu favor, mas também a força para cruzar as paredes e encontrar as saídas mais rapidamente.

“Nós já conhecemos várias aplicações para nanorobôs, especialmente em ambientes confinados, mas não sabíamos muito bem como eles se moviam e quais suas vantagens em relação às partículas passivas”, disse Haichao Wu, estudante de graduação de engenharia química e biológica que também assina o paper.

“Por isso, fizemos essa comparação entre ambos os modelos”, continuou. “E nós descobrimos que as nanonadadoras são capazes de usar um meio totalmente diferente de trafegar por esses ambientes de labirinto”.

Mais além, as nanopartículas nadadoras são escaláveis em tamanho: as aplicadas no teste tinham cerca de 250 nanômetros (um pouco mais grosso que um fio de cabelo), mas dada a capacidade de engenharia de cada uma, é possível fazê-las trafegar por ambientes microscópicos sem muita dificuldade. Isso é especialmente interessante, por exemplo, na medicina, especialmente na entrega de medicamentos ao corpo para tratamentos clínicos.

Segundo os cientistas, o próximo passo é o de avaliar como essas nanopartículas se comportam em grupos dentro de ambientes confinados. “Este paper é só o primeiro passo: ele cria um modelo de imagem da plataforma que nos permite responder a diversas perguntas”, disse Wu. “O próximo passo é aplicar este modelo em uma população maior de nanonadadoras, para estudar como elas interagem entre si em um espaço limitado”.

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