Se você quer construir uma casa alta, você precisa usar andaimes. O professor Ye Zhang e colegas do Instituto de Ciência e Tecnologia da Universidade de Pós-Graduação (OIST) de Okinawa estão aplicando este princípio de construção em seu trabalho de laboratório, com uma grande diferença:os materiais com os quais estão trabalhando têm apenas alguns bilionésimos de um metro quadrado.

A construção em nanoescala é um campo da nanotecnologia que usa nanomateriais como blocos de construção básicos para criar materiais com características específicas. Nos primeiros dias do campo, pesquisadores investigaram o potencial de construção de estruturas em nanoescala / microescala usando componentes moleculares únicos. Agora, os cientistas são inspirados pelo mundo biológico, que envolve um processo muito mais complexo com interações entre muitos componentes diferentes.

Em organismos vivos, estruturas moleculares complexas são constantemente construídas e desconstruídas durante o ciclo de vida do organismo. Por exemplo, a fim de se mover dentro do corpo, as células devem interagir com seu ambiente externo, conhecida como matriz extracelular (ECM). O ECM é o arcabouço fibroso natural que fornece suporte estrutural e bioquímico para as células circundantes. Para criar espaço para se movimentarem, células secretam enzimas proteases, que digerem parcialmente o ECM. Por outro lado, moléculas na ECM também podem apoiar ou suprimir processos dentro da própria célula.

Inspirando-se nos métodos de construção biológica usados ​​nas células e na ECM, a unidade de matéria macia bioinspirada, liderado pelo Prof. Zhang, projetou e sintetizou um kit de ferramentas em nanoescala de moléculas que podem interagir para montar estruturas moleculares complexas. Seu trabalho foi publicado recentemente em Angewandte Chemie International Edition .

Os pesquisadores projetaram e sintetizaram duas moléculas com base em um composto químico orgânico perfumado chamado cumarina. Um é uma molécula de peptídeo que se auto-monta em nanofibras. Estes se juntam para formar um "andaime" molecular. A outra é uma molécula de benzoato que se auto-monta em nanoestruturas semelhantes a folhas. Essas folhas formam "tijolos" moleculares, que por sua vez tomam a forma de torres moleculares. Quando essas moléculas são misturadas, eles se separam por tipo, se automontam e, em seguida, interagem entre si para construir estruturas moleculares de ordem superior.

Os pesquisadores mudaram a estrutura do andaime molecular usando luz ultravioleta ou uma enzima para clivar as nanofibras, o que lhes permitiu manipular a altura da 'torre molecular'. Eles usaram microscópios eletrônicos de varredura no OIST para observar as características estruturais das moléculas, como camadas e formas. Então, com a ajuda de técnicos do OIST, eles usaram microscopia de força atômica para medir a altura exata das torres moleculares em nanômetros.

Eles mostraram que a estrutura do peptídeo fibroso regula a altura e a arquitetura da torre molecular. Com a ajuda deste andaime, que fornece suporte por meio de interações de superfície entre as nanoestruturas, os tijolos de benzoato podem formar estruturas mais altas. "Considerando que os tijolos moleculares sozinhos podem construir torres de até 100 nanômetros, quando adicionamos a fibra, eles poderiam construir torres de até 900 nanômetros, "diz o Prof. Zhang.

Ao imitar o processo de automontagem molecular que ocorre nos organismos vivos, os químicos podem aprender novos métodos de síntese química de nano / microestruturas. No futuro, a Unidade Bioinspired Soft Matter espera construir moléculas específicas em membranas biológicas para regular o destino das células. Por exemplo, construindo moléculas nas membranas celulares, eles esperam um dia ser capazes de manipular a organização espacial das proteínas da membrana.