Nobel de Química vai para cientistas que criaram máquinas feitas de moléculas

Os pesquisadores Jean-Pierre Sauvage, Bernard L. Feringa e Sir J. Fraser Stoddart ganharam o Prêmio Nobel da Química de 2016 por seu "desenho e síntese de máquinas moleculares". O trabalho dos pesquisadores permitiu uma nova forma de ligação e articulação de estruturas em nível molecular, que podem ter implicações revolucionárias para a medicina e a ciência da computação.

Mas o que é isso?

Basicamente, Sauvage deu o primeiro passo nesse trabalho em 1983, conforme a Royal Swedish Academy of Sciences explica (pdf). Moléculas geralmente se ligam umas às outras por meio de ligações covalentes, mas naquele ano ele descobriu uma maneira diferente de ligá-las, usando um íon de cobre.

Mais especificamente, ele descobriu como criar uma "corrente" de móléculas. Usando o íon de cobre, ele podia fazer com que moléculas fechadas se ligassem umas às outras, formando uma espécie de corrente. Feito isso, o íon de cobre podia ser removido. A imagem abaixo ilustra esse processo:

Reprodução

Ligadas dessa forma, as moléculas ainda têm liberdade de movimento, mas não se desprendem - da mesma forma que os elos de uma corrente. Com isso, foi possível começar a pensar em aplicações práticas para estruturas moleculares desse tipo.

De um ponto a outro

Uma das primeiras delas apareceria em 1991, no trabalho de Stoddart. O pesquisador usou essa técnica para criar um eixo de moléculas por meio do qual um anel podia se mover. Funcionava da seguinte forma: o eixo tinha alguns pontos com muitos elétrons. Em torno desse eixo ficava um anel (outra molécula) com poucos elétrons. Como o anel estava em torno do eixo, ele só podia se mexer sobre ele.

Tendo poucos elétrons, o anel ficava em um dos pontos com muitos elétrons. Quando calor era aplicado ao conjunto eixo-anel, no entanto, o anel se excitava e mudava de posição. Ele continuava, contudo, com poucos elétrons, e com isso acabava se deslocando até o próximo ponto com muitos elétrons. Era uma maneira de fazer uma molécula se mover por pontos determinados ao longo de outra, como mostra o desenho abaixo:

Reprodução

Minimáquinas

Essa estrutura, conforme Stoddart mostraria depois, poderia ser usada para criar chips de computador extremamente pequenos - do tamanho de moléculas, aliás. Não apenas chips: estruturas desse tipo permitiam a reprodução de máquinas de diversos tipos em escalar molecular, com diversas possibilidades de aplicação.

Por exemplo, em 1999, Bernard Feringa mostrou como era possível criar motores mecânicos usando essa técnica. Para isso, ele utilizou moléculas específicas que giravam em uma única direção quando expostas a raios ultravioletas. Moléculas geralmente se movem de maneira errática, mas a criação de Feringa permitia o controle dessa rotação e, com isso, a criação de um motor molecular.

Feitos os motores, é possível fazer também o resto do carro. Foi isso que Feringa realizou em 2011: ele tinha motor, chassi e rodas e conseguia se mover após a aplicação de uma pequena tensão elétrica. Em 2016, segundo o Vox, acontecerá a primeira corrida de NanoCarros, na qual criações semelhantes à de Feringa em 2011 disputarão para ver qual delas consegue percorrer primeiro uma superfície de átomos de ouro. O vídeo abaixo fala sobre essa competição:

Aplicações

Nanocarros são legais, mas essas tecnologias têm muitas aplicações mais importantes também. Por exemplo, conforme reportou a Nature, os carros podem ter um "porta-malas" ativado por luz, o que transforma-os em nanocaminhões capazes de carregar remédios até lugares muito específicos do corpo. 

Conectando muitos desses motores moleculares, por sua vez, é possível criar estruturas, tecidos ou películas que se regeneram automaticamente quando são rompidas. Por esse mesmo método, seria possível criar máquinas moleculares para limpar poluição de águas ou mesmo realizar limpeza de circuitos de computadores. 

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