Alguns materiais são especiais, não pelo que contêm, mas pelo que eles não contêm. Esse é o caso das estruturas metal-orgânicas (MOFs) - estruturas ultra-porosas que estão sendo desenvolvidas para uma variedade de aplicações futuras, desde a proteção contra fogo até a entrega de medicamentos.

MOFs são, na verdade, os materiais mais porosos conhecidos pela humanidade. Uma estrutura metal-orgânica, chamado NU-110, tem uma superfície tão grande que apenas um grama dela poderia ser desdobrado para cobrir um campo e meio de futebol.

Essa enorme área de superfície interna é o resultado dos componentes atômicos - átomos de metal ligados por moléculas orgânicas, formando uma estrutura em forma de gaiola. É mexendo com a química dessas gaiolas, e inserindo objetos diferentes dentro deles, que os cientistas são capazes de contemplar tantas aplicações diferentes.

"Pela escolha criteriosa dos metais e moléculas de ligação, existe um grande número de materiais que podem ser preparados com propriedades projetadas para necessidades específicas, "disse o Dr. Ross Forgan, da Universidade de Glasgow, no Reino Unido, que está explorando estruturas metal-orgânicas para a entrega de drogas contra o câncer.

Segmentação ativa

A maioria dos medicamentos quimioterápicos acaba afetando o tecido saudável, bem como o tumor, daí os conhecidos efeitos colaterais da náusea, danos renais e perda de cabelo. Para tentar resolver isso, alguns tratamentos de 'direcionamento passivo' são baseados em nanopartículas, a fim de capitalizar o fato de que os tumores são melhores do que as células normais na retenção de nanopartículas.

O objetivo do Dr. Forgan é melhorar e direcionar ativamente os tumores. Drogas contra o câncer podem ser carregadas em estruturas metal-orgânicas, enquanto os próprios MOFs podem ser projetados para se agarrar especificamente a tumores.

O direcionamento ativo significa que todos os medicamentos acabam na porta de um tumor, gerando menos efeitos colaterais. Isso também significa que os médicos podem aplicar tratamentos com medicamentos que geralmente são poderosos demais para serem considerados.

"Estruturas metal-orgânicas não se acumulam, "disse o Dr. Forgan." Depois de entregar a carga, eles irão se hidrolisar (quebrar), desmontando em seus componentes de metal e ligante, que pode ser escolhido para ser totalmente não tóxico. "

Atualmente, Dr. Forgan e seus colegas estão desenvolvendo a química de estruturas metal-orgânicas, usando DNA e outras moléculas, para fazê-los se prender a tumores. Enquanto isso, eles estão desenvolvendo métodos para fazer os MOFs que são rápidos, ajustável e repetível - todos os principais requisitos para testes clínicos.

Aumento de 100 vezes

Este ano, eles fizeram uma descoberta crucial:que a citotoxicidade, ou eficácia, de drogas contra o câncer é amplamente determinado não por sua quantidade, mas pelo mecanismo específico pelo qual eles são assumidos. Na verdade, ajustar este mecanismo com estruturas metal-orgânicas permitiu aos pesquisadores aumentar a citotoxicidade de moléculas anticâncer simples em cerca de 100 vezes.

Estruturas metal-orgânicas têm sido apontadas como salvadoras de quase tudo. Potencialmente, eles poderiam armazenar hidrogênio para geração de eletricidade limpa, realizam fotossíntese artificial e até detectam armas químicas.

No Instituto de Materiais IMDEA em Madrid, Espanha, O professor De-Yi Wang está explorando uma aplicação potencialmente mais difundida:proteção contra fogo. Os materiais retardadores de fogo atuais são baseados em moléculas orgânicas contendo fósforo e, embora eficaz, eles são ruins para o meio ambiente e tendem a comprometer a rigidez de quaisquer superfícies nas quais são aplicados.

Por outro lado, uma estrutura metal-orgânica pode realmente melhorar as propriedades mecânicas de uma superfície. Ele também pode conter um composto retardador de chamas, mas use menos para gerar a mesma proteção.

"Podemos melhorar o retardamento de chama de uma forma mais ecológica, sem sacrificar o desempenho mecânico - ou mesmo melhorá-lo, "disse o Prof. Wang. Quando sua estrutura de metal-orgânico retardador de chamas é exposta ao fogo, O Prof. Wang explica, em vez de queimá-lo simplesmente chars, protegendo tudo o que está por baixo.

Instável

Até aqui, tão bom. Mas os problemas permanecem, como o fato de que as estruturas metal-orgânicas não são muito estáveis ​​na água - um problema se, por exemplo, os cientistas querem incorporá-los à base de água, tintas retardantes de fogo. O professor Wang acha que a resposta pode ser revestir as estruturas metal-orgânicas com surfactantes - o detergente é um exemplo comum - para ajudá-las a se estabilizar e se misturar com água.

A boa notícia é que os MOFs específicos que o Prof. Wang e seus colegas estão usando já podem ser feitos rapidamente e em grandes lotes, o que significa que uma rota de baixo custo para a industrialização parece viável.

"Muitos tipos de poliéster termoplástico em nossas vidas diárias podem ser dotados de retardamento de chama e outras funções, como propriedades mecânicas reforçadas, " ele disse.