Brasileiros desenvolvem melanina para bioeletrônica

Com informações da Agência Fapesp -  13/12/2016

Os transistores bioeletrônicos representam o passo final para a viabilização da conexão entre biologia e eletrônica. [Imagem: Jose Garrido]

Bioeletrônica

Pesquisadores brasileiros estão viabilizando o uso de uma substância biológica - a melanina - para a fabricação de componentes bioeletrônicos, interfaces que permitem conectar circuitos eletrônicos aos seres vivos.

"Todos os materiais que têm sido testados atualmente para aplicações em bioeletrônica são completamente sintéticos. Uma das grandes vantagens da melanina é que, sendo um composto totalmente natural e biocompatível com o corpo humano, tem potencial para ser usado em dispositivos para fazer a interface entre neurônios cerebrais e a eletrônica, por exemplo", explicou o professor Carlos Frederico Graeff, da Unesp de Bauru (SP).

O grande objetivo da bioeletrônica é a combinação de componentes eletrônicos e biológicos, de modo a desenvolver dispositivos implantáveis miniaturizados, capazes de alterar e controlar sinais elétricos no corpo humano.

Esse campo emergente saiu recentemente dos laboratórios e chegou às manchetes, quando o Google e a farmacêutica GlaxoSmithKline anunciaram uma associação para explorar essa área, considerada uma nova fronteira tanto pelo lado da eletrônica quanto da biologia.

Melanina biossintética

Um dos desafios para viabilizar o desenvolvimento dos dispositivos bioeletrônicos é identificar materiais que, além de apresentarem condutividade eletrônica (à base de elétrons), também possuam condutividade iônica (à base de íons), o modo de comunicação usado pelos neurônios. E que, além disso, sejam biocompatíveis com o corpo humano.

Graeff e seus colegas conseguiram desenvolver uma nova rota para sintetizar mais rapidamente a melanina, o composto polimérico que dá pigmentação à pele, olhos e cabelos dos mamíferos, e que possui tanto condutividade eletrônica quanto iônica.

Um dos desafios para utilizar a melanina na bioeletrônica é que o composto - assim como outros materiais à base de carbono, como o grafeno - tem baixa dispersão em meio aquoso, o que dificultava sua utilização na produção de filmes finos. Além disso, o processo convencional de síntese da melanina é complexo, com etapas difíceis de serem controladas, pode durar até 56 dias e ainda resultar em estruturas desordenadas.

A melanina biossintética obtida pelo novo processo apresenta boa dispersão em água e é muito semelhante à natural. O processo leva apenas algumas horas e é baseado em ajustes de parâmetros, como a temperatura, e na aplicação de uma pressão de oxigênio para promover a oxidação do material.

A pressão de oxigênio eleva a densidade no material do grupo carboxílico - composto por dois átomos de oxigênio ligados a um carbono, sendo um através de uma ligação dupla e outro através de uma ligação simples. Entre outras funções, esse grupo aumenta a solubilidade e a facilidade de se obter suspensões de melanina biossintética na água.

"Isso facilita bastante a obtenção de filmes finos de melanina com alta homogeneidade e qualidade", explicou Graeff.

A melanina está ajudando a criar uma eletrônica biologicamente compatível. [Imagem: Paul Schwenn]

Transistores bioeletrônicos

Por meio do aumento da densidade do grupo carboxílico, os pesquisadores também conseguiram tornar a melanina biossintética mais semelhante à biológica.

No processo de síntese natural da substância, que ocorre nos organismos vivos, há uma enzima que facilita a produção de ácidos carboxílicos. A nova rota de síntese da melanina consegue mimetizar quimicamente o papel dessa enzima e aumentar a densidade dos grupos carboxílicos.

"Temos conseguido obter por síntese química um material mais próximo do biológico e fazer filmes de qualidade muito boa para utilizá-los em dispositivos bioeletrônicos," afirmou Graeff.

Por meio de colaborações com instituições de pesquisa do Canadá, os pesquisadores brasileiros já começaram a usar a melanina biossintética para o desenvolvimento de contatos elétricos, sensores de pH e em células fotovoltaicas.

Mais recentemente, eles começaram a tentar desenvolver transistores.

"Nosso objetivo maior é obter transistores justamente para promover a junção da eletrônica com sistemas biológicos", disse Graeff.

Bibliografia:

Melanin synthesis under oxygen pressure
Erika Soares Bronze Uhle, João Vitor Paulin, Marina Piacenti Silva, Chiara Battocchio, Maria Luiza Miranda Rocco, Carlos Frederico de Oliveira Graeff
Polymer International
Vol.: 65, 11, 1339-1346