Nobel de Química premia nanotecnologia das máquinas moleculares

Redação do Site Inovação Tecnológica -  06/10/2016

O grande objetivo da linha de desenvolvimento premiada com o Nobel é chegar a máquinas moleculares que fabriquem outras máquinas moleculares.[Imagem: Miriam Wilson]

Máquinas moleculares

O Prêmio Nobel de Química 2016 foi concedido a Jean-Pierre Sauvage, Fraser Stoddart e Bernard Feringa "pela concepção e fabricação de máquinas moleculares".

Eles desenvolveram as menores máquinas do mundo, incluindo um pequeno elevador, músculos artificiais e motores minúsculos.

Na verdade, são moléculas com movimentos controláveis, que podem executar uma tarefa quando recebem algum tipo de energia, seja química, elétrica, óptica ou magnética.

Estes avanços estão no coração da nanotecnologia e das futuras técnicas de construção "de baixo para cima", quando se espera que materiais e objetos sejam montados molécula por molécula.

Das nanopeças às nanomáquinas

O primeiro passo para uma máquina molecular foi dado pela equipe do professor Jean-Pierre Sauvage em 1983, quando eles conseguiram ligar duas moléculas em forma de anel para formar uma cadeia, chamada catenano (do termo em latim para corrente).

Hoje, os motores moleculares já são mais rápidos do que os instrumentos conseguem medir. [Imagem: Nishimura et al.]

Normalmente, as moléculas são unidas por ligações covalentes fortes, nas quais os átomos compartilham elétrons, mas nessa nanocorrente elas foram ligadas por uma ligação mecânica mais livre. Para que uma máquina seja capaz de executar uma tarefa ela deve ser constituída por partes que se movam relativamente umas às outras. Os dois anéis entrelaçados demonstraram que isso é possível.

O segundo passo foi dado por Fraser Stoddart em 1991, quando ele e sua equipe desenvolveram um rotaxano. Um anel molecular foi inserido em um eixo molecular mais fino, podendo mover-se ao longo do eixo. A partir daí, a equipe construiu as primeiras nanomáquinas moleculares, incluindo um elevador, um músculo artificial e até um pequeno processador capaz de fazer cálculos simples. Em 2007, eles já haviam chegado a uma memória molecular com uma densidade imbatível de dados.

A equipe do professor Bernard Feringa levou a tecnologia adiante, desenvolvendo o primeiro motor molecular: Em 1999, eles puseram a lâmina de um rotor molecular para girar continuamente no mesmo sentido. Mas seu feito mais famoso foi um nanocarro, capaz de andar de verdade em linha reta. Em 2006, outra equipe pegou o nanocarro original de Feringa e o fez mover-se alimentado por luz. Em 2011, o próprio Feringa lançou uma versão elétrica do nanocarro, e com tração nas quatro rodas.

Este nanocarro elétrico é uma das máquinas mais complexas já construída pelos químicos. [Imagem: Empa]

Futuro das máquinas moleculares

Esta linha de desenvolvimento agora premiada com o Nobel tirou os sistemas moleculares da tradicional busca do equilíbrio e demonstrou que é possível usar o descompasso de energia entre as diversas partes do sistema como um meio de obter trabalho mecânico.

Ainda estamos longe do ponto em que esse trabalho mecânico será útil e prático, mas hoje se estima que os motores moleculares estejam no mesmo nível que o motor elétrico estava na década de 1830, quando os engenheiros demonstravam suas engenhocas cheias de fios, manivelas e rodas, ainda longe das versões mais acabadas que permitiriam a construção de trens e carros elétricos, elevadores, eletrodomésticos etc.

As máquinas moleculares provavelmente serão utilizadas na miniaturização e no desenvolvimento de materiais metamórficos, sensores e sistemas de armazenamento de energia, além dos muito esperados nanorrobôs, que possam entrar no corpo humano para aplicar medicamentos e tratar doenças.