Um novo desenvolvimento da nanotecnologia por uma equipe de pesquisa internacional liderada por pesquisadores da Universidade de Tel Aviv permitirá a geração de correntes elétricas e voltagem no corpo humano por meio da ativação de vários órgãos (força mecânica). Os pesquisadores explicam que o desenvolvimento envolve um material biológico novo e muito forte, semelhante ao colágeno, que é atóxico e não causa danos aos tecidos do corpo. Os pesquisadores acreditam que essa nova nanotecnologia tem muitas aplicações potenciais na medicina, incluindo a coleta de energia limpa para operar dispositivos implantados no corpo (como marca-passos) por meio dos movimentos naturais do corpo, eliminando a necessidade de baterias.
O estudo foi conduzido pelo Prof. Ehud Gazit da Escola Shmunis de Biomedicina e Pesquisa do Câncer da Wise Faculty of Life Sciences, o Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais da Faculdade de Engenharia Fleischman e o Centro de Nanociência e Nanotecnologia, junto com seu equipe do laboratório, Dr. Santu Bera e Dr. Wei Ji.
Também participaram do estudo pesquisadores do Instituto Weizmann e vários institutos de pesquisa na Irlanda, China e Austrália. Como resultado de suas descobertas, os pesquisadores receberam duas bolsas ERC-POC destinadas a usar a pesquisa científica da bolsa ERC que Gazit havia ganho anteriormente para tecnologia aplicada. A pesquisa foi publicada na prestigiosa revista Nature Communications.
O Prof. Gazit, que também é Diretor Fundador do Blavatnik Center for Drug Discovery, explica: “O colágeno é a proteína mais prevalente no corpo humano, constituindo cerca de 30% de todas as proteínas em nosso corpo. É um material biológico com uma estrutura helicoidal e uma variedade de propriedades físicas importantes, como resistência mecânica e flexibilidade, que são úteis em muitas aplicações. No entanto, como a molécula de colágeno em si é grande e complexa, os pesquisadores há muito procuram uma molécula minimalista, curta e simples que é baseado em colágeno e exibe propriedades semelhantes. Há cerca de um ano e meio, na revista Nature Materials, nosso grupo publicou um estudo no qual usamos meios nanotecnológicos para criar um novo material biológico que atende a esses requisitos. É um tripeptídeo – uma molécula muito curta chamada Hyp-Phe-Phe consistindo de apenas três aminoácidos – capaz de um processo simples de automontagem para formar uma estrutura helicoidal semelhante ao colágeno que é flexível e possui uma resistência semelhante à do titânio metálico. No presente estudo, procuramos examinar se o novo material que desenvolvemos apresenta outra característica que caracteriza o colágeno – a piezoeletricidade. A piezoeletricidade é a capacidade de um material de gerar correntes elétricas e voltagem como resultado da aplicação de força mecânica, ou vice-versa, de criar uma força mecânica como resultado da exposição a um campo elétrico.”
No estudo, os pesquisadores criaram estruturas nanométricas do material de engenharia e, com a ajuda de ferramentas nanotecnológicas avançadas, aplicaram pressão mecânica sobre elas. O experimento revelou que o material realmente produz correntes elétricas e voltagem como resultado da pressão. Além disso, estruturas minúsculas de apenas centenas de nanômetros demonstraram um dos mais altos níveis de capacidade piezoelétrica já descoberto, comparável ou superior ao dos materiais piezoelétricos comumente encontrados no mercado atual (a maioria dos quais contém chumbo e, portanto, não são adequados para aplicações médicas).
Segundo os pesquisadores, a descoberta de piezoeletricidade dessa magnitude em um material nanométrico é de grande importância, pois demonstra a capacidade do material projetado de servir como uma espécie de minúsculo motor para dispositivos muito pequenos. Em seguida, os pesquisadores planejam aplicar métodos de cristalografia e mecânica quântica computacional (teoria funcional da densidade) para obter uma compreensão aprofundada do comportamento piezoelétrico do material e, assim, permitir a engenharia precisa de cristais para a construção de dispositivos biomédicos.
O Prof. Gazit acrescenta: “A maioria dos materiais piezoelétricos que conhecemos hoje são materiais tóxicos à base de chumbo, ou polímeros, o que significa que não são ecologicamente corretos e do corpo humano. Nosso novo material, no entanto, é totalmente biológico e, portanto, adequado para uso dentro do corpo. Por exemplo, um dispositivo feito deste material pode substituir uma bateria que fornece energia para implantes como marca-passos, embora deva ser substituída de vez em quando. Movimentos corporais, como batimentos cardíacos, movimentos da mandíbula, evacuações ou qualquer outro movimento que ocorra no corpo regularmente – carregará o dispositivo com eletricidade, o que ativará continuamente o implante. ”
Agora, como parte de sua pesquisa contínua, os pesquisadores estão buscando compreender os mecanismos moleculares do material de engenharia com o objetivo de realizar seu imenso potencial e transformar essa descoberta científica em tecnologia aplicada. Nesta fase, o foco está no desenvolvimento de dispositivos médicos, mas o Prof. Gazit enfatiza que “materiais piezoelétricos ecológicos, como o que desenvolvemos, têm um enorme potencial em uma ampla gama de áreas porque produzem energia verde por meio de mecânica força que está sendo usada de qualquer maneira. Por exemplo, um carro dirigindo na rua pode acender as luzes da rua. Esses materiais também podem substituir materiais piezoelétricos contendo chumbo que são amplamente usados, mas que levantam preocupações sobre o vazamento de metal tóxico para dentro o ambiente.”
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