sábado, 25 de fevereiro de 2017

Laser aleatório tem recorde mundial batido no Brasil Com informações da Agência Fapesp -

Laser aleatório tem recorde mundial batido no Brasil

Laser aleatório tem recorde mundial batido no Brasil
A solução de micropartículas foi iluminada com laser verde, gerando um laser aleatório vermelho com uma eficiência inédita.[Imagem: Niklaus Wetter/Kelly Jorge/Ipen]
Recordes não randômicos
Quebrar recordes de eficiência energética na geração de feixes de laser está se tornando uma rotina para Niklaus Wetter, físico suíço que trabalha no Brasil desde 1988 e há três anos dirige o Centro de Lasers e Aplicações do IPEN (Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares).
Em 2015, Wetter e o físico Alessandro Melo de Ana, da Universidade Nove de Julho, idealizaram uma nova configuração de lentes e espelhos para geradores de laser que usam cristais contendo o elemento químico neodímio. Com o novo arranjo, o dispositivo que é um dos mais utilizados no mundo para fins industriais, médicos e de pesquisa, conseguiu aproveitar 60% da energia depositada em seu cristal para gerar luz laser, superando o recorde anterior de 50% para esse tipo de equipamento.
Agora, a equipe conseguiu um avanço ainda maior na eficiência energética de um tipo diferente de laser: o laser randômico ou aleatório, que ganhou a atenção de físicos e engenheiros nos últimos anos por ser de baixo custo e usar dispositivos muito pequenos.
O feito foi obtido com a participação da física brasileira Júlia Giehl e do físico espanhol Ernesto Jimenez-Villar, atualmente na Universidade Federal de Pernambuco (UFPE).
Laser aleatório
No lugar de um cristal, os equipamentos de laser aleatório produzem uma luz com características do laser convencional a partir de um líquido contendo partículas micro ou nanométricas em suspensão ou de uma mistura de partículas no estado sólido (na forma de um pó). O problema é que a eficiência desse tipo de laser costuma ser baixa. As soluções e misturas de partículas microscópicas convertem em laser no máximo 2% da energia que recebem na forma de luz.
Calculando detalhes de como o laser é gerado e amplificado à medida que a luz é refletida várias vezes pelas partículas, a equipe brasileira descobriu como elevar muito a eficiência dessa conversão, que agora chegou a 60%. "Esse resultado é comparável ao dos melhores lasers de estado sólido convencionais disponíveis no mercado," afirmou Wetter.
O segredo é misturar partículas de diferentes tamanhos. Nos experimentos, a equipe usou grãos de um cristal com 54 micrômetros de diâmetro e grãos quase 10 vezes menores, de apenas 6 micrômetros. Na mistura, as partículas menores preencheram o espaço entre as maiores, criando bolsões que aumentaram localmente em 30% o espalhamento da luz - a cada espalhamento mais energia é incorporada ao laser.
O resultado final é um aumento de 160% na potência do feixe de laser emitido.
Laser para microlaboratórios
Estas melhorias nos lasers aleatórios são importantes porque eles são muito baratos. De acordo com Wetter, o custo de produção de um laser aleatório poderá chegar à casa dos centavos.
Isto deverá ter um grande impacto tecnológico, uma vez que os lasers aleatórios são ideais para o desenvolvimento de microlaboratórios biomédicos compactos, portáteis e descartáveis, também conhecidos pela expressão em inglês lab on a chip (laboratório dentro de um chip).
Esses biochips são cartões feitos de vidro ou plástico que contêm uma espécie de encanamento microscópico: canais e reservatórios com milímetros a micrômetros de espessura que permitem o armazenamento, a passagem e a mistura de volumes ínfimos de líquidos.

Essas redes de canais e reservatórios são projetados de forma a permitir a combinação seletiva de amostras de sangue, saliva ou outros fluidos corporais com os reagentes químicos necessários para realizar exames laboratoriais, que podem ser feitos na hora e dar o resultado no próprio consultório médico.

Materiais reconfiguráveis se viram para cumprir sua função Redação do Site Inovação Tecnológica

Materiais reconfiguráveis se viram para cumprir sua função

Materiais reconfiguráveis sabem se virar para cumprir sua função
Este vira aquele, sem precisar de ferramentas - e cada um tem uma função completamente distinta. [Imagem: Johannes Overvelde/Harvard SEAS]
Metamateriais versáteis
Pesquisadores da Universidade de Harvard, nos EUA, desenvolveram um sistema genérico para projetar metamateriais reconfiguráveis.
A estratégia de projeto é independente da escala, o que significa que o sistema pode ser aplicado a tudo, desde arquiteturas em grande escala - para proteger contra terremotos e tsunamis, por exemplo - até a nanoescala, para projetar cristais fotônicos, guias de ondas e metamateriais para guiar o calor.
Os metamateriais, cuja função é determinada pela estrutura, e não pela composição química, têm sido projetados para manipular a luz, o som e qualquer outro tipo de onda, sejam as ondas do mar ou as ondas sísmicas.
O problema é que cada uma dessas funcionalidades requer uma estrutura mecânica única, tornando esses materiais ideais para tarefas específicas, mas difíceis de projetar caso a caso.
Multifuncionalidade
Johannes Overvelde e Katia Bertoldi lideraram uma equipe que resolveu justamente esse problema, criando uma estratégia que permite projetar metamateriais reconfiguráveis, que têm múltiplas funções embutidas em sua estrutura, alternando facilmente e autonomamente entre elas.
"Através de uma colaboração com projetistas e matemáticos, encontramos uma maneira de generalizar essas regras e gerar rapidamente muitos projetos interessantes," disse Bertoldi. "Percebemos que essas geometrias simples poderiam ser usadas como blocos de construção para formar uma nova classe de metamateriais reconfiguráveis, mas demorou muito tempo para identificar uma estratégia de projeto robusto para conseguir isso".
"Combinando o projeto e a modelagem computacional, conseguimos identificar uma vasta gama de rearranjos diferentes e criar um plano - um DNA - para construir esses materiais," completou Overvelde.
Materiais reconfiguráveis sabem se virar para cumprir sua função
Cada conformação do metamaterial lida com as ondas de uma forma diferente. [Imagem: Johannes Overvelde/Harvard SEAS]
Materiais inteligentes
Os modelos computacionais podem ser usados para quantificar todas as diferentes maneiras pelas quais o material pode se dobrar e como isso afeta suas propriedades efetivas - de como ele manipula as ondas até sua rigidez. Desta forma, é possível rapidamente digitalizar algo como um milhão de desenhos diferentes e selecionar aqueles com a resposta mais adequada à aplicação.
Conforme cada projeto específico era selecionado, a equipe construiu protótipos de cada metamaterial em 3D, usando papelão cortado a laser, fita dupla face e impressão 3D multimaterial. A seguir, de forma semelhante a um origami, a estrutura pode ser dobrada para mudar de forma.
"Agora que resolvemos o problema da formalização do projeto, podemos começar a pensar em novas formas de fabricar e reconfigurar esses metamateriais em escalas menores, por exemplo, através do desenvolvimento de protótipos auto-atuantes e responsivos ao meio ambiente," disse James Weaver, outro membro da equipe.

Bibliografia:

Rational design of reconfigurable prismatic architected materials
Johannes T. B. Overvelde, James C. Weaver, Chuck Hoberman, Katia Bertoldi
Nature
Vol.: 541, 347-352
DOI: 10.1038/nature20824

Semicondutor orgânico com propriedades eletrônicas mistas Redação do Site Inovação Tecnológica -

Semicondutor orgânico com propriedades eletrônicas mistas

Semicondutor orgânico com propriedades eletrônicas mistas
Na superfície do mesmo material, é possível controlar quem pode se mover, se as cargas positivas ou as negativas.[Imagem: UCSB]
Material configurável
Pesquisadores descobriram uma maneira de controlar as propriedades elétricas dos materiais semicondutores orgânicos, ou de plástico, ao longo da superfície do próprio material.
Assim, sem precisar conectar ou mesclar materiais diferentes, torna-se possível fabricar circuitos orgânicos (do tipo encontrado em monitores de OLEDs e células solares, por exemplo) de complexidade variável usando o mesmo material, que é "configurado" ao longo de sua superfície para apresentar diferentes propriedades.
"É uma estratégia diferente, pela qual você pode pegar um material e mudar suas propriedades," disse Guillermo Bazan, da Universidade da Califórnia em Santa Bárbara, nos EUA.
Controle da polaridade
No reino dos semicondutores orgânicos - ou poliméricos, ou de plástico - muitos materiais apresentam condução ambipolar, o que significa que eles transportam cargas negativas e positivas. Assim, em situações onde apenas uma certa carga é necessária, e isso acontece o tempo todo, a carga oposta também fica conduzindo, o que diminui a utilidade do material.
No que a equipe declara ter sido mais um exemplo da clássica descoberta acidental, eles estavam tentando unir dois materiais que não têm o problema da ambipolaridade quando se deram conta de que um deles, um fulereno, limitava a condução das cargas negativas (elétrons) do outro e, ao mesmo tempo, permitia que as cargas positivas (lacunas) continuassem se propagando.
Foi então uma questão de encontrar outro material que atuasse de maneira inversa, travando as cargas positivas, e usá-lo como aditivo. O material identificado foi o cobre tetrabenzoporfirina (CuBP), que faz com que os elétrons negativos permaneçam móveis e limita o transporte das lacunas.
Propriedades eletrônicas controláveis
A equipe então constatou que adicionar o fulereno ou o CuBP em pontos específicos dos semicondutores orgânicos permite controlar localmente o comportamento do material com precisão, além de permitir fabricar o circuito todo de forma muito mais simples e mais barata do que conjugar dois materiais diferentes.
"É esta a ideia, podemos ter um aditivo que pode ser uma pequena fração do total e que nos permitirá dominar as propriedades eletrônicas do semicondutor. Uma vez que você tenha isso sob controle, você pode fazer todo tipo de coisas interessantes," disse o professor Guillermo Bazan.

Bibliografia:

Fullerene Additives Convert Ambipolar Transport to p-Type Transport while Improving the Operational Stability of Organic Thin Film Transistors
Michael J. Ford, Ming Wang, Hung Phan, Thuc-Quyen Nguyen, Guillermo C. Bazan
Advanced Functional Materials
DOI: 10.1002/adfm.201601294

Como construir seu próprio biorrobô Redação do Site Inovação Tecnológica -

Como construir seu próprio biorrobô

Como construir seu próprio biorrobô
Desenho esquemático de um biorrobô impulsionado por tecido muscular e controlado por luz.[Imagem: Janet Sinn-Hanlon/University of Illinois]
Robôs biológicos
Há alguns anos a equipe do professor Rashid Bashir, da Universidade de Illinois, nos EUA, vem desenvolvendo uma classe de biorrobôs capazes de andar impulsionados por células musculares e controlados por pulsos elétricos e de luz.
Agora eles resolveram compartilhar sua receita e publicaram instruções detalhadas para que qualquer pessoa dotada dos recursos necessários possa construir seu próprio biorrobô.
"O objetivo do trabalho foi fornecer as receitas e os protocolos detalhados para que outros possam facilmente duplicar o trabalho e ajudar a disseminar a ideia de 'construir com a biologia' - para que outros pesquisadores e educadores possam ter as ferramentas e o conhecimento para construir esses sistemas bio-híbridos e tentar lidar com os desafios na saúde, medicina e meio ambiente que enfrentamos como sociedade," disse Bashir.
"O protocolo ensina cada passo de construção do biorrobô, da impressão 3D do esqueleto até a engenharia de tecidos para fazer o atuador muscular, incluindo fabricantes e códigos das peças de cada coisa que nós usamos no laboratório. É uma abordagem modular para o projeto, fabricação e caracterização de máquinas biológicas impulsionadas por músculos," acrescentou Ritu Raman, membro da equipe.
Construção modular
Construir robôs biológicos pode parece coisa de ficção científica, mas o avanço na impressão 3D facilitou o trabalho de construção das partes mecânicas e móveis.
Para a parte mais complicada no caso dos biorrobôs, que pode envolver engenharia de tecidos e engenharia genética nos experimentos mais avançados, a equipe descreve uma técnica de fabricar módulos com células musculares que podem gerar força suficiente para movimentar robôs pequenos, de alguns milímetros de tamanho.
Segundo a equipe, "a impressão 3D dos moldes de injeção e dos esqueletos leva 3 horas, semear os atuadores musculares leva 2 horas e a diferenciação dos músculos leva 7 dias."

Bibliografia:

A modular approach to the design, fabrication, and characterization of muscle-powered biological machines
Ritu Raman, Caroline Cvetkovic, Rashid Bashir
Nature Protocols
Vol.: 12, 519-533
DOI: 10.1038/nprot.2016.185

quarta-feira, 22 de fevereiro de 2017

Trianguleno: Molécula instável é criada átomo por átomo Redação do Site Inovação Tecnológica

Trianguleno: Molécula instável é criada átomo por átomo

Trianguleno: Molécula instável é criada átomo por átomo
O trianguleno se parece com um pedaço de grafeno, sendo formado por seis hexágonos de carbono unidos pelas bordas para formar um triângulo. [Imagem: Niko Pavlicek/IBM Research]
Trianguleno
Uma equipe da IBM e da Universidade de Warwick, no Reino Unido, sintetizou uma molécula nunca antes observada, chamada trianguleno, usando o princípio fundamental da nanotecnologia: em lugar de uma reação química tradicional, o trianguleno foi montado átomo por átomo.
Também conhecida como hidrocarbono de Clar (Erich Clar, 1902-1987), essa molécula foi teorizada em 1953, mas se acreditava que ela seria instável demais para ser isolada - muitos tentaram, mas ninguém nunca conseguiu.
O trianguleno se parece com um pedaço de grafeno, sendo formado por seis hexágonos de carbono unidos pelas bordas para formar um triângulo, e com as bordas circundadas por átomos de hidrogênio.
Reação química átomo a átomo
A construção de moléculas átomo por átomo representa uma nova rota de síntese química. O processo ainda é lento demais para usos práticos, mas vem se desenvolvendo aos poucos. Este experimento é um exemplo de que formar novas moléculas expulsando átomos individuais de uma molécula precursora já é uma ferramenta de interesse científico.
"Neste trabalho, nós usamos nossa técnica de manipulação atômica [...] para gerar o trianguleno, que nunca havia sido sintetizado antes. É uma molécula desafiadora porque ela é altamente reativa, mas também é particularmente interessante por causa de suas propriedades magnéticas," contou Niko Pavlicek, responsável pelo experimento.
A técnica a que o pesquisador se refere é uma combinação de um microscópio de tunelamento (STM: Scanning Tunneling Microscope) com um microscópio de força atômica (AFM: Atomic Force Microscope), que já havia sido usada para construir outra molécula que ganhou fama, a olimpiceno.
Trianguleno: Molécula instável é criada átomo por átomo
Imagens do trianguleno com a molécula sobre uma base de cobre (esquerda) e em xenônio (direita). [Imagem: Niko Pavlicek et al. - 10.1038/NNANO.2016.305]
Grafeno e spintrônica
Além da ciência básica, há também várias aplicações interessantes para o trianguleno.
"Já foi sugerido que segmentos similares ao trianguleno incorporados em fitas de grafeno seria uma forma elegante para projetar componentes spintrônicos orgânicos," disse Pavlicek.
As nanofitas de grafeno estão sendo pesquisadas para aplicações em materiais compósitos, que são muito fortes e leves. Já o campo da spintrônica está sendo estudado por grupos em todo o mundo, inclusive na IBM, em busca de uma nova geração de processadores mais rápidos e com menor consumo de energia.
"Conseguimos demonstrar que o magnetismo do trianguleno sobrevive em xenônio ou em superfícies de cloreto de sódio. Entretanto, não conseguimos obter uma imagem detalhada do seu estado magnético e possíveis excitações com o nosso microscópio, que não tem um campo magnético, de forma que há muito para ser explorado e descoberto por outros grupos," concluiu Pavlicek.

Bibliografia:

Synthesis and characterization of triangulene
Niko Pavlicek, Anish Mistry, Zsolt Majzik, Nikolaj Moll, Gerhard Meyer, David J. Fox, Leo Gross
Nature Nanotechnology
DOI: 10.1038/NNANO.2016.305

Criado um diodo vivo, feito com células cardíacas Redação do Site Inovação Tecnológica

Criado um diodo vivo, feito com células cardíacas

Diodo biológico vivo é feito com células cardíacas
A criação de componentes feitos com células vivas poderá viabilizar, no futuro, a construção de estruturas biológicas funcionais - ou "tecidos computacionais" - que permitirão que um órgão controle e dirija dispositivos mecânicos anexados ao corpo.[Imagem: Uryan Isik Can et al. - 10.1002/adbi.201600035]
Diodo vivo
Estão mais próximas da realidade as tecnologias que prometem imitar o modo como os sistemas biológicos interagem e processam a informação em nosso corpo.
Usando células musculares e fibroblastos cardíacos - células encontradas no tecido conectivo do coração - pesquisadores criaram um diodo vivo, um componente que pode ser usado para o processamento de informação baseado em células vivas.
Os diodos semicondutores são componentes essenciais da eletrônica, deixando passar a corrente elétrica em apenas um sentido - um transístor é essencialmente formado pela conexão de dois diodos.
A construção de um diodo biológico vivo, desta forma, abre caminho para a biocomputação, ou computadores vivos.
Este é um passo essencial para o desenvolvimento de novas formas de biorrobótica e novas abordagens de tratamento para vários problemas de saúde, como distúrbios degenerativos musculares, arritmia e perda de membros.
Diodo de células vivas
O diodo vivo é feito com dois tipos de células dispostas em um padrão retangular que separa as células excitáveis das células não-excitáveis, permitindo que os sinais elétricos movam-se unidirecionalmente.
Além da função de diodo, a capacidade natural de estimulação das células cardíacas permite transmitir informações moduladas nos sinais elétricos, o que é feito controlando a frequência da atividade elétrica das células. Em outras palavras, o ritmo de pulsação dos componentes bioeletrônicos é usado para transmitir dados.
"As células musculares têm a capacidade única de responder a sinais externos enquanto estão conectadas a fibroblastos internamente através de junções intercelulares. Combinando esses dois tipos de células, pudemos iniciar, amplificar e propagar sinais direcionalmente," disse a professora Pinar Zorlutuna, da Universidade de Notre Dame, nos EUA.
"O sucesso destes diodos de células musculares oferece um caminho para conectar esses circuitos baseados em células a um sistema vivo - e criar unidades de controle funcional para aplicações de engenharia biomédica, como bioatuadores ou biossensores," completou Zorlutuna.

Bibliografia:

Muscle-Cell-Based "Living Diodes"
Uryan Isik Can, Neerajha Nagarajan, Dervis Can Vural, Pinar Zorlutuna
Advanced Biosystems
DOI: 10.1002/adbi.201600035

Células solares impressas como jornal Redação do Site Inovação Tecnológica

Células solares impressas como jornal

Células solares impressas como jornal
Todo o processo é baseado em "tintas solares", que podem ser aplicadas por impressão comum. [Imagem: Hairen Tan et al. - 10.1126/science.aai9081]
Células solares impressas
Pesquisadores canadenses criaram uma técnica que permite fabricar células solares flexíveis por impressão, em um processo produtivo tão simples e barato quanto imprimir um jornal.
A equipe eliminou um obstáculo crítico de fabricação de uma classe emergente de geradores solares chamados células solares de perovskita, que recentemente mostraram ter eficiência para competir com as células de silício.
Esta tecnologia solar alternativa promete painéis solares de baixo custo, impressos na forma de folhas flexíveis, que permitirão transformar quase qualquer superfície em um gerador solar.
Camada Seletiva de Elétrons
Ao contrário das células solares de silício, que exigem um material ultrapuro, temperaturas superiores a 1.000º C e grandes quantidades de solventes, as células solares de perovskita consistem em uma camada de pequenos cristais sensíveis à luz de baixo custo. Como esses cristais podem ser misturados em um líquido para formar uma espécie de "tinta solar", eles podem ser impressos em vidro, plástico ou outros materiais usando um processo de impressão do tipo jato de tinta.
Mas havia um problema: para gerar eletricidade, os elétrons excitados pela energia solar precisam ser extraídos dos cristais para que possam fluir através de um circuito e produzir a corrente. Essa extração ocorre em uma camada especial chamada "Camada Seletiva de Elétrons", cuja fabricação exigia temperaturas elevadas, por volta dos 500 graus, o que vinha impedindo o desenvolvimento de processos fabris práticos.
Células solares impressas como jornal
As novas células solares de perovskita alcançaram uma eficiência de 20,1% e podem ser fabricadas a baixas temperaturas. [Imagem: Kevin Soobrian]
Eficiência das células solares de perovskita
Hairen Tan e seus colegas da Universidade de Toronto desenvolveram agora uma nova reação química que permite fabricar uma camada seletiva de elétrons a partir de nanopartículas em solução, diretamente sobre a camada de cristais de perovskita. Embora ainda seja necessário algum calor, o processo fica sempre abaixo dos 150º C, inferior ao ponto de fusão de muitos plásticos.
As nanopartículas são revestidas com uma camada de átomos de cloro, o que as ajuda a se ligar à camada de perovskita acima. Esta forte ligação permite a extração eficiente de elétrons - a eficiência das células solares produzidas em laboratório pela equipe alcançou 20,1%.
Para comparação, as células solares de perovskita feitas com o método mais antigo de alta temperatura são apenas marginalmente melhores, chegando a 22,1%. As melhores células solares de silício atingem 26,3% de eficiência.
Outra vantagem foi um ganho significativo de estabilidade. As células solares de perovskita são instáveis, mostrando uma queda acentuada no desempenho após apenas algumas horas. As células fabricadas por Tan retiveram mais de 90% de sua eficiência após 500 horas de uso, insuficientes ainda para um produto comercial, mas mostrando que há muito espaço para viabilizar essa tecnologia de energia solar de baixo custo.

Bibliografia:

Efficient and stable solution-processed planar perovskite solar cells via contact passivation
Hairen Tan, Ankit Jain, Oleksandr Voznyy, Xinzheng Lan, F. Pelayo García de Arquer, James Z. Fan, Rafael Quintero-Bermudez, Mingjian Yuan, Bo Zhang, Yicheng Zhao, Fengjia Fan, Peicheng Li, Li Na Quan, Yongbiao Zhao, Zheng-Hong Lu, Zhenyu Yang, Sjoerd Hoogland, Edward H. Sargent
Science
Vol.: 355, Issue 6326, pp. 722-726
DOI: 10.1126/science.aai9081

Computador de DNA consegue identificar doenças Redação do Site Inovação Tecnológica -

Computador de DNA consegue identificar doenças

Computador de DNA já consegue identificar doenças
O processador de DNA identifica os anticorpos de uma doença e então determina se a liberação do medicamento é necessária ou não.[Imagem: ICMS Animation Studio/TUE]
Computador biológico
Pesquisadores holandeses demonstraram a possibilidade de liberação controlada de medicamentos na corrente sanguínea utilizando computadores de DNA.
Para isso, eles desenvolveram o primeiro processador de DNA capaz de detectar vários anticorpos no sangue e realizar cálculos com base nessas informações, decidindo o que fazer a seguir.
Este é um passo importante rumo ao desenvolvimento de medicamentos inteligentes que permitam um melhor controle da dosagem da medicação, produzindo menos efeitos secundários e a um custo mais baixo, além da aplicação localizada, evitando os danos colaterais muitas vezes devastadores, por exemplo, das quimioterapias.
"A pesquisa em testes diagnósticos tende a se concentrar no 'reconhecimento', mas o que é especial neste sistema é que ele pode pensar e pode ser conectado a um sistema de atuadores, para a dispensação de medicamentos," disse o professor Maarten Merkx, da Universidade de Tecnologia de Eindhoven.
Computador de DNA
A técnica pode ser comparada a um sistema de segurança que abre a porta dependendo da pessoa que se aproxima. Se a câmera reconhece a pessoa, a porta abre, mas se a pessoa for desconhecida, a porta permanecerá trancada.
Além de serem portadoras das informações genéticas, as moléculas de DNA são altamente adequadas para a realização de cálculos que levem a decisões assim. Como a sequência de DNA determina com quais outras moléculas cada DNA pode reagir, torna-se possível programar circuitos lógicos, dirigidos por reações químicas.
Contudo, as aplicações biomédicas dos processadores de DNA - justamente as mais promissoras - têm sido limitadas porque a entrada de dados para esses computadores biológicos, que todos sonham em ver atacando seletivamente as células de câncer, consistem tipicamente em outras moléculas de DNA ou RNA. E, para determinar se alguém tem uma determinada doença, é essencial medir a concentração de anticorpos específicos - agentes que o nosso sistema imunológico produz quando estamos doentes.
Computador de DNA já consegue identificar doenças
As moléculas de DNA são programadas para formar portas lógicas (Multiplex, OR, NOR etc) que fazem cálculos complexos e simultâneos. [Imagem: W. Engelen et al. - 10.1038/NCOMMS14473]
Liberação inteligente de medicamentos
O que a equipe holandesa conseguiu agora foi ligar a presença de anticorpos a um computador de DNA. O sistema traduz a presença de cada anticorpo em uma peça específica de DNA, a partir da qual o processador pode decidir se está diante de um ou mais anticorpos e, assim, determinar se a liberação do medicamento é necessária.
"A presença de uma determinada molécula de DNA coloca em movimento uma série de reações através das quais podemos fazer o computador de DNA executar vários programas," explicou Wouter Engelen, principal responsável pela criação do sistema. "Nossos resultados mostram que podemos usar o computador de DNA para controlar a atividade das enzimas, mas acreditamos que também deve ser possível controlar a atividade de um anticorpo terapêutico".
Agora que a equipe constatou que o computador de DNA gera os resultados corretos, eles precisarão anexá-lo a um sistema atuador, possivelmente nanopartículas encapsuladoras que sejam avisadas para se abrir e liberar as moléculas do medicamento que levam em seu interior.

Bibliografia:

Antibody-controlled actuation of DNA-based molecular circuits
W. Engelen, L. Meijer, T. de Greef, M. Merkx
Nature Communications
DOI: 10.1038/NCOMMS14473

sábado, 18 de fevereiro de 2017

HELLBLOG: Governo declara Guerra! Fim das redes sociais e es...

HELLBLOG: Governo declara Guerra! Fim das redes sociais e es...

Decalques eletrônicos: Sensores para a pele, pneus e tudo o mais Redação do Site Inovação Tecnológica

Decalques eletrônicos: Sensores para a pele, pneus e tudo o mais

Decalques eletrônicos: Sensores para a pele, pneus e tudo o mais
A fabricação dos decalques eletrônicos é compatível com os processos industriais - e o resultado é muito robusto. [Imagem: Galo A. Torres Sevilla et al. - 10.1002/admt.201600175]
Sensores de colar
O conceito das tatuagens eletrônicas - aparelhos eletrônicos planos e flexíveis, para serem colados sobre a pele - ficou mais versátil e deu um passo importante rumo ao mercado.
A equipe do professor Muhammad Hussain, da Universidade Rei Abdula, na Arábia Saudita, desenvolveu uma técnica para fabricar esses eletrônicos de colar em qualquer formato imaginável - por isso eles os chamam de "decalques eletrônicos".
"Nós estamos tentando integrar todos os componentes do dispositivo - sensores, eletrônica de gerenciamento de dados, bateria e antena - em um sistema completamente ajustado," disse ele.
A equipe encapsulou os chips e as pastilhas de silício em uma película de polímero com uma camada adesiva no verso. Como todos os componentes são impressos, o circuito final pode ter qualquer formato, de acordo com a aplicação, sendo simplesmente colado no local de uso, seja no corpo humano, seja no pneu de um carro.
Isso permite fabricar os circuitos no tradicional processo industrial rolo a rolo.
Adesivos eletrônicos
A equipe usou uma impressão a jato de tinta - a tinta é composta por moléculas condutoras - para traçar os circuitos em diferentes superfícies, como polímeros, papel e até tecidos. Os decalques impressos são então destacados e colados.
"Você pode colocar um decalque de sensor de pressão em um pneu para monitorá-lo durante a rodagem e, em seguida, destacá-lo e colá-lo em seu colchão para registrar seus padrões de sono,", disse Galo Torres Sevilla, responsável pelos primeiros testes de usabilidade dos decalques eletrônicos.
O professor Hussain gostou e afirma que a robustez e a facilidade de fabricação em larga escala dos decalques eletrônicos pode viabilizar toda uma família de sensores inovadores.
"Acredito que a eletrônica precisa ser democratizada - simples de aprender e fácil de implementar. Os adesivos eletrônicos são um passo certo nessa direção," disse ele.

Bibliografia:

Decal Electronics: Printable Packaged with 3D Printing High-Performance Flexible CMOS Electronic Systems
Galo A. Torres Sevilla, Marlon D. Cordero, Joanna M. Nassar, Amir N. Hanna, Arwa T. Kutbee, Arpys Arevalo, Muhammad M. Hussain
Advanced Materials
DOI: 10.1002/admt.201600175

Metal exótico transporta eletricidade e retém o calor Redação do Site Inovação Tecnológica

Metal exótico transporta eletricidade e retém o calor

Metal exótico transporta eletricidade e retém o calor
Melhor de tudo, a condutividade elétrica e termal do VO2 pode ser ajustada dopando-o com outros metais. [Imagem: Junqiao Wu/Berkeley Lab]
Dióxido de vanádio
O dióxido de vanádio é um daqueles materiais que fazem os cientistas se apaixonarem perdidamente ou fugirem dele: esse metal parece não gostar de cumprir as bem-comportadas leis que estabelecem o comportamento dos outros materiais.
E essa fama de não-conformista não foi conquistada com poucos esforços: por exemplo, o dióxido de vanádio é condutor e isolante ao mesmo tempo e pode funcionar como um músculo artificial mil vezes mais forte do que um músculo humano, sem contar um tipo de transístor que altera o estado da matéria.
E essa lista de esquisitices acaba de crescer, conforme demonstrou Sangwook Lee, juntamente com um time de pesquisadores dos Laboratórios Berkeley e da Universidade da Califórnia.
Conduz eletricidade, mas não calor
Lee descobriu que os elétrons que trafegam no dióxido de vanádio podem conduzir eletricidade sem conduzir calor.
Em vez de se moverem como partículas individuais, como nos metais comuns, no VO2 os elétrons se movem de forma mais parecida com a forma como se movem em um líquido.
"Para os elétrons, o calor é um movimento aleatório. Os metais normais transportam calor de forma eficiente porque há muitas diferentes configurações microscópicas possíveis entre as quais os elétrons individuais podem saltar. Em contraste, o movimento coordenado dos elétrons no dióxido de vanádio é prejudicial à transferência de calor, pois há menos configurações disponíveis para os elétrons saltarem aleatoriamente entre elas.
"Esta foi uma descoberta totalmente inesperada. Isso mostra uma ruptura drástica de uma lei descrita em todos os livros didáticos, reconhecida como robusta para os condutores convencionais. Esta descoberta é de importância fundamental para a compreensão do comportamento eletrônico básico de novos condutores," resumiu o professor Junqiao Wu.
Aplicações do material exótico
Uma descoberta estranha e inesperada, mas potencialmente muito útil, abrindo o caminho para uma série de aplicações interessantes, como sistemas de geração de energia termoelétrica ou de dissipação de calor.
Ao tentar confirmar os resultados do experimento, a equipe constatou que a capacidade de condução de eletricidade e calor do VO2 pode ser ajustada mediante a adição de quantidades precisas de outros elementos, como o tungstênio. Isso significa que o material pode capturar ou dissipar o calor - em motores de carros por exemplo.
"Este material poderia ser usado para ajudar a estabilizar a temperatura," disse Fan Yang, coautor do trabalho. "Ajustando sua condutividade térmica, o material pode dissipar calor de forma eficiente e automática no verão porque ele terá alta condutividade térmica, mas evitar a perda de calor no inverno, devido à sua baixa condutividade térmica a temperaturas mais baixas."
Yang acrescenta que há mais perguntas que precisam ser respondidas antes que o dióxido de vanádio possa ser comercializado com esse objetivo, mas afirmou que estes resultados destacam o potencial de um material com "propriedades elétricas e térmicas exóticas".

Bibliografia:

Anomalously low electronic thermal conductivity in metallic vanadium dioxide
Sangwook Lee, Kedar Hippalgaonkar, Fan Yang, Jiawang Hong, Changhyun Ko, Joonki Suh, Kai Liu, Kevin Wang, Jeffrey J. Urban, Xiang Zhang, Chris Dames, Sean A. Hartnoll, Olivier Delaire, Junqiao Wu
Science
Vol.: 355, Issue 6323, pp. 371-374
DOI: 10.1126/science.aag0410

Célula a combustível microbiana volta aos palcos com um novo papel Redação do Site Inovação Tecnológica

Célula a combustível microbiana volta aos palcos com um novo papel

Célula a combustível microbiana volta aos palcos com um novo papel
A bactéria consome íons de metais pesados tóxicos em águas residuais e ejeta elétrons, criando uma corrente. [Imagem: Michael Osadciw/Rochester]
Eletricidade das bactérias
Embora o conceito de usar bactérias para gerar eletricidade tenha sido lançado há mais de um século, fabricar células a combustível microbianas eficientes e práticas tem-se mostrado um desafio difícil de vencer.
Peter Lamberg e Kara Bren, da Universidade de Rochester, nos EUA, acreditam ter encontrado um meio de encurtar essa longa estrada.
A maioria dos eletrodos das células a combustível microbianas é feita de metal, que é rapidamente corroído, ou de feltro de carbono, que entope também muito rápido.
A dupla então criou um eletrodo de papel.
Papel com pasta de carbono
A inovação consiste basicamente em substituir o feltro por papel recoberto com pasta de carbono, uma mistura de grafite e óleo mineral. O eletrodo resultante é barato, fácil de fabricar e mais eficiente, permitindo que a célula gere mais energia.
"O eletrodo de papel tem uma densidade de corrente mais de duas vezes superior à do modelo de feltro," disse Bren.
A pasta de carbono é um ingrediente essencial devido ao seu papel na atração dos elétrons emitidos pelas bactérias.
A célula microbiana fabricada pela dupla usa a bactéria Shewanella oneidensis MR-1, que consome íons de metais pesados tóxicos em águas residuais e ejeta elétrons. Esses elétrons são atraídos para o revestimento de carbono no eletrodo positivo - o ânodo. A partir daí, eles fluem para o cátodo de platina, que precisa de elétrons para realizar suas próprias reações eletroquímicas.
A equipe vai se dedicar agora a tentar substituir o eletrodo de platina por uma versão mais barata.

Bibliografia:

Extracellular Electron Transfer on Sticky Paper Electrodes: Carbon Paste Paper Anode for Microbial Fuel Cells
Peter Lamberg, Kara L. Bren
Energy Letters
Vol.: 1 (5): 895
DOI: 10.1021/acsenergylett.6b00435

quarta-feira, 15 de fevereiro de 2017

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Recorde de eficiência na transferência de dados: 1,67 bit por fóton

Recorde de eficiência na transferência de dados: 1,67 bit por fóton

Comunicação quântica transfere 1,67 bit por fóton em fibra óptica
A equipe transmitiu o logotipo do laboratório, uma folha de carvalho, entre dois pontos, com 87% de fidelidade. À esquerda, a imagem original de 4 cores. À direita, a imagem recebida usando a codificação superdensa.[Imagem: ORNL]
Codificação superdensa
Pesquisadores do Laboratório Nacional Oak Ridge, nos EUA, estabeleceram um novo recorde de eficiência na transferência de informações.
Para isso, eles usaram codificação superdensa, um processo pelo qual as propriedades das partículas, como os fótons, prótons e elétrons, são usadas para armazenar tanta informação quanto possível.
O resultado foi uma transferência de 1,67 bit por fóton através de um cabo de fibra óptica, superando o recorde anterior de 1,63 por partícula.
Comunicação quântica com tecnologia atual
A física dessa comunicação superdensa é semelhante àquela usada pelos processadores quânticos, que usam qubits para chegar a soluções para problemas extremamente complexos mais rápido do que os processadores eletrônicos e seus bits.
Para carregar mais de um dado por partícula, cada fóton funciona como um bit quântico, ou qubit, já que os qubits podem armazenar pelo menos dois estados simultaneamente.
O fenômeno utilizado é conhecido como hiperentrelaçamento de pares de fótons - um emaranhamento combinado, que mescla a polarização e a frequência do fóton.
Na prática
Outro destaque da demonstração foi o uso da codificação superdensa sobre fibra óptica, uma conquista importante rumo à adoção das comunicações quânticas usando as atuais tecnologias de rede.
E, como a equipe usou equipamentos convencionais de laboratório - cabos comuns de fibra óptica e detectores de fótons disponíveis comercialmente -, a técnica fica de fato um passo mais perto do uso prático.

Bibliografia:

Superdense Coding over Optical Fiber Links with Complete Bell-State Measurements
Brian P. Williams, Ronald J. Sadlier, Travis S. Humble
Physical Review Letters
Vol.: 118, 050501
DOI: 10.1103/PhysRevLett.118.050501

Criado transístor que funciona com calor

Eletrônica

Criado transístor que funciona com calor

Transístor a calor
Este é o primeiro transístor a calor fabricado no mundo - e ele já nasce com várias aplicações potenciais.[Imagem: Thor Balkhed]
Transístor termal
eletrônica do calor, ou fonônica, ficou mais perto das aplicações práticas graças ao trabalho de Dan Zhao e Simone Fabiano, da Universidade de Linkoping, na Suécia.
Eles criaram um transístor que funciona com calor, em vez de eletricidade - um transístor termoelétrico. E com o adicional de ser orgânico, ou seja, é feito com semicondutores poliméricos.
Basta uma elevação de temperatura de um único grau para provocar uma modulação de corrente detectável no transístor termal.
"Somos os primeiros no mundo a apresentar um circuito lógico, neste caso um transístor, que é controlado por um sinal de calor, em vez de um sinal elétrico", comemorou o professor Xavier Crispin, coordenador da equipe.
Câmeras de visão noturna
O transístor acionado pelo calor já nasce visando uma série de aplicações potenciais, como circuitos controlados pelo calor presente na luz infravermelha, para uso em câmeras de calor - as conhecidas câmeras de visão noturna -, e em curativos médicos capazes de monitorar o processo de cicatrização.
Outra possibilidade é construir uma matriz de píxeis inteligentes, para substituir totalmente os sensores atualmente utilizados para detectar radiação infravermelha nas câmeras termais.
Com desenvolvimentos adicionais, segundo a equipe, a nova tecnologia pode permitir a incorporação de câmeras de visão noturna nos telefones celulares a um custo baixo, uma vez que os materiais usados na construção do transístor são baratos e de síntese fácil.
Transístor a calor
O transístor termal depende de um único conector até o eletrólito sensível ao calor, que atua como sensor, graças ao uso de um material com alta sensibilidade térmica - 100 vezes maior do que os materiais termoelétricos tradicionais, que a equipe já vem desenvolvendo há vários anos.
Cerca de um ano atrás, esse material já havia sido utilizado em um papel de energia que tem como base um supercapacitor carregado pelos raios solares. No capacitor, o calor é convertido em eletricidade, que pode então ser armazenado até que seja necessário.

Bibliografia:

Ionic thermoelectric gating organic transistors
Dan Zhao, Simone Fabiano, Magnus Berggren, Xavier Crispin
Nature Communications
Vol.: 8, Article number: 14214
DOI: 10.1038/ncomms14214

Primeiro magneto supercondutor portátil

Primeiro magneto supercondutor portátil

Primeiro magneto supercondutor portátil
O ímã supercondutor portátil deverá inaugurar uma nova era para os motores elétricos. [Imagem: Difan Zhou et al. - 10.1063/1.4973991]
Supercondutor portátil
Engenheiros da Universidade de Cambridge, no Reino Unido, construíram um magneto supercondutor portátil.
Embora a supercondutividade venha sendo usada em grandes experimentos, como no LHC, ou mesmo em equipamentos de laboratório do tamanho de uma sala, não era possível tirar proveito dela em equipamentos realmente pequenos.
O novo dispositivo portátil substitui com muitas vantagens os grandes ímãs permanentes convencionais - o protótipo alcançou um campo magnético de 3 teslas, o que é excepcional para suas dimensões.
O professor John Durrell conta que o trabalho da sua equipe se baseou nas descobertas recentes do físico Roy Weinstein, da Universidade de Houston, nos EUA, que mostrou como os eletroímãs convencionais e a magnetização por campo pulsado podem ser usados para ativar campos magnéticos supercondutores que são "capturados" e sustentados como parte de um arranjo supercondutor.
Isso evita a necessidade de grandes e caros ímãs supercondutores para "ativar" o sistema, permitindo construir um dispositivo portátil.
Motores elétricos supercondutores
As possibilidades de uso do ímã supercondutor portátil são enormes, como sistemas de ressonância magnética menores e mais baratos para uso em hospitais de menores recursos.
Mas a equipe está de olho em outros mercados.
"O interesse óbvio nisso é que você pode usá-lo para construir um motor menor e mais leve," disse Durrel.

Bibliografia:

A portable magnetic field of >3 T generated by the flux jump assisted, pulsed field magnetization of bulk superconductors
Difan Zhou, Mark D. Ainslie, Yunhua Shi, Anthony R. Dennis, Kaiyuan Huang, John R. Hull, David A. Cardwell, John H. Durrell
Applied Physics Letters
Vol.: 110, Issue 6
DOI: 10.1063/1.4973991

A significant advantage for trapped field magnet applications - A failure of the critical state model
Roy Weinstein, Drew Parks, Ravi-Persad Sawh, Keith Carpenter, Kent Davey
Applied Physics Letters
Vol.: 107, Issue 15
DOI: 10.1063/1.4933313