Os pesquisadores do MIT desenvolveram pequenas moléculas que formam nanofitas espontaneamente quando a água é adicionada. Essas moléculas incluem um domínio de "aramida" inspirado em Kevlar em seu design, que fixa cada molécula no lugar e leva a nanofitas mais fortes do que o aço. Esta imagem mostra três nanofitas "anfifílicas de aramida" inspiradas em Kevlar. Crédito: Peter Allen

A automontagem é onipresente no mundo natural, servindo como uma rota para formar estruturas organizadas em todos os organismos vivos. Esse fenômeno pode ser visto, por exemplo, quando duas fitas de DNA – sem qualquer estímulo externo ou orientação – se unem para formar uma dupla hélice, ou quando um grande número de moléculas se combinam para criar membranas ou outras estruturas celulares vitais. Tudo vai para o seu devido lugar sem que um construtor invisível tenha que juntar todas as peças, uma de cada vez.

Nas últimas duas décadas, cientistas e engenheiros têm seguido o exemplo da natureza, projetando moléculas que se montam na água, com o objetivo de fazer nanoestruturas, principalmente para aplicações biomédicas, como administração de medicamentos ou engenharia de tecidos. “Esses materiais baseados em pequenas moléculas tendem a se degradar rapidamente”, explica Julia Ortony, professora assistente do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais (DMSE) do MIT, “e eles também são quimicamente instáveis. Toda a estrutura se desintegra quando você remova a água, principalmente quando qualquer tipo de força externa for aplicada.”

Ela e sua equipe, no entanto, projetaram uma nova classe de pequenas moléculas que se agrupam espontaneamente em nanofitas com uma força sem precedentes, retendo sua estrutura fora da água. Os resultados desse esforço de vários anos, que pode inspirar uma ampla gama de aplicações, foram descritos na Nature Nanotechnology.

“Este trabalho seminal – que produziu propriedades mecânicas anômalas por meio de automontagem altamente controlada – deve ter um grande impacto no campo”, afirma o professor Tazuko Aida, vice-diretor do RIKEN Center for Emergent Matter Science e professor de química e biotecnologia no Universidade de Tóquio, que não participou da pesquisa.

O material que o grupo do MIT construiu – ou melhor, permitiu que se construísse – é modelado a partir de uma membrana celular. Sua parte externa é “hidrofílica”, o que significa que gosta de estar na água, enquanto sua parte interna é “hidrofóbica”, o que significa que tenta evitar a água. Essa configuração, comenta Ortony, “fornece uma força motriz para a automontagem”, pois as moléculas se orientam para minimizar as interações entre as regiões hidrofóbicas e a água, assumindo, conseqüentemente, uma forma em nanoescala.

A forma, neste caso, é conferida pela água e, normalmente, toda a estrutura entraria em colapso quando seca. Mas Ortony e seus colegas bolaram um plano para impedir que isso acontecesse. Quando as moléculas estão fracamente ligadas, elas se movem rapidamente, de forma análoga a um fluido; conforme a intensidade das forças intermoleculares aumenta, o movimento fica mais lento e as moléculas assumem um estado de tipo sólido. A ideia, explica Ortony, “é desacelerar o movimento molecular por meio de pequenas modificações nas moléculas individuais, o que pode levar a uma mudança coletiva, e esperançosamente dramática, nas propriedades da nanoestrutura”.

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