Absortividade UV-Vis (porcentagem de absorbância / espessura do filme) dos filmes nas diferentes fases do processo:(vermelho, círculos) DHI; (Preto, quadrados) DHI-eumelanina (filme após AISSP); (azul, triângulos) HVAE (filme após recozimento térmico no vácuo:600 ° C; 2 h; 10 -6 mbar). Crédito: Fronteiras na Química (2019). DOI:10.3389 / fchem.2019.00162
O pigmento melanina marrom escuro, eumelanina, pinta cabelos e olhos, e protege nossa pele dos danos do sol. Também é conhecido há muito tempo por conduzir eletricidade, mas muito pouco para qualquer aplicação útil - até agora.
Em um estudo marcante publicado em Fronteiras na Química , Pesquisadores italianos modificaram sutilmente a estrutura da eumelanina, aquecendo-a no vácuo.
"Nosso processo produziu um aumento de um bilhão de vezes na condutividade elétrica da eumelanina, "dizem os autores sênior do estudo, Dr. Alessandro Pezzella, da Universidade de Nápoles Federico II, e Dr. Paolo Tassini, da Agência Nacional de Novas Tecnologias da Itália, Energia e Desenvolvimento Econômico Sustentável. "Isso torna possível o projeto há muito esperado de eletrônicos à base de melanina, que pode ser usado para dispositivos implantados devido à biocompatibilidade do pigmento. "
Eumelanina é um condutor biocompatível
Uma jovem Pezzella nem tinha começado a escola quando os cientistas descobriram que um tipo de melanina pode conduzir eletricidade. A excitação cresceu rapidamente em torno da descoberta porque a eumelanina - o pigmento marrom escuro encontrado no cabelo, pele e olhos - é totalmente biocompatível.
"As melaninas ocorrem naturalmente em praticamente todas as formas de vida. Elas não são tóxicas e não provocam uma reação imunológica, "explica Pezzella." Lá fora, no meio ambiente, eles também são completamente biodegradáveis. "
Décadas depois, e apesar da extensa pesquisa sobre a estrutura da melanina, ninguém conseguiu aproveitar seu potencial em eletrônicos implantáveis.
"A data, a condutividade da eumelanina sintética e natural tem sido muito baixa para aplicações valiosas, " ele adiciona.
Alguns pesquisadores tentaram aumentar a condutividade da eumelanina combinando-a com metais, ou superaquecendo-o em um material semelhante ao grafeno - mas o que lhes restou não foi realmente o material condutor biocompatível prometido.
Determinado a encontrar o verdadeiro negócio, o grupo napolitano considerou a estrutura da eumelanina.
"Todas as análises químicas e físicas da eumelanina apresentam o mesmo quadro - de folhas moleculares de compartilhamento de elétrons, empilhados desordenadamente juntos. A resposta parecia óbvia:organizar as pilhas e alinhar as folhas, para que todos possam compartilhar elétrons - então a eletricidade fluirá. "
O tratamento térmico endireita o pigmento do cabelo
Este processo, chamado recozimento, já é usado para aumentar a condutividade elétrica e outras propriedades em materiais como metais.
Pela primeira vez, os pesquisadores colocaram filmes de eumelanina sintética por meio de um processo de recozimento sob alto vácuo para purificá-los - um pouco como o alisamento de cabelo, mas apenas com o pigmento.
"Aquecemos esses filmes de eumelanina - não mais espessos que uma bactéria - sob condições de vácuo, de 30 min a 6 horas, "descreve Tassini." Chamamos o material resultante de Eumelanina Recozida a Alto Vácuo, HVAE. "
O recozimento fez maravilhas para a eumelanina:os filmes foram reduzidos em mais da metade, e ficou bastante bronzeado.
"Os filmes HVAE agora eram marrom escuro e quase tão grossos quanto um vírus, "Relatórios Tassini.
Crucialmente, os filmes não haviam sido simplesmente queimados.
"Todas as nossas várias análises concordam que essas mudanças refletem a reorganização das moléculas de eumelanina de uma orientação aleatória para uma uniforme, pilha de compartilhamento de elétrons. As temperaturas de recozimento eram muito baixas para quebrar a eumelanina, e não detectamos combustão em carbono elementar. "
Um aumento de um bilhão de vezes na condutividade
Tendo alcançado as mudanças estruturais pretendidas para eumelanina, os pesquisadores provaram sua hipótese de maneira espetacular.
"A condutividade dos filmes aumentou bilhões de vezes para um valor sem precedentes de mais de 300 S / cm, após recozimento a 600 ° C por 2 horas, "Pezzella confirma.
Embora bem abaixo da maioria dos condutores de metal - o cobre tem uma condutividade de cerca de 6 x 107 S / cm - esta descoberta coloca a eumelanina em uma faixa útil para bioeletrônica.
O que mais, a condutividade de HVAE era ajustável de acordo com as condições de recozimento.
“A condutividade dos filmes aumentou com o aumento da temperatura, de 1000 vezes a 200 ° C. Isso abre a possibilidade de adaptar a eumelanina para uma ampla gama de aplicações em eletrônica orgânica e bioeletrônica. Também apóia fortemente a conclusão da análise estrutural de que o recozimento reorganizou os filmes, em vez de queimá-los. "
Existe um amortecedor potencial:a imersão dos filmes em água resulta em uma diminuição acentuada da condutividade.
"Isso contrasta com a eumelanina não tratada, que, embora em uma faixa muito inferior, torna-se mais condutivo com a hidratação (umidade) porque conduz eletricidade por meio de íons e também de elétrons. Mais pesquisas são necessárias para compreender totalmente as contribuições iônicas versus eletrônicas na condutividade da eumelanina, o que pode ser a chave para como a eumelanina é usada praticamente em eletrônicos implantáveis ", conclui Pezzella.