Será que os químicos estão prontos para abandonar o venerável tubo de ensaio, o próprio símbolo da química na mente de muitas pessoas? Talvez ainda não, mas Jack Beauchamp do Caltech está trabalhando nisso.

Beauchamp está trabalhando no que ele chama de química "lab-in-a-drop", em que as reações químicas são realizadas dentro de uma gota de líquido suspensa no ar por meio de levitação acústica.

A levitação acústica funciona criando áreas de alta e baixa pressão no ar por meio do uso de transdutores ultrassônicos. Esses transdutores agem como alto-falantes minúsculos, mas poderosos, que operam em uma frequência acima da que os ouvidos humanos podem ouvir. A energia sônica emitida por esses transdutores é focada de tal forma que as zonas de alta e baixa pressão que eles criam formam "armadilhas" que podem segurar pequenos objetos no ar. Um objeto colocado em uma das zonas de baixa pressão é mantido ali pelas zonas de alta pressão que o cercam. Um levitador acústico desse tipo pode ser construído por cerca de US $ 75 a partir de peças prontas para uso, usando técnicas de impressão 3D.

Em um novo jornal, Beauchamp e seus colegas descrevem o uso da técnica para estudar como um medicamento contra o câncer de pele funciona em nível químico. A pesquisa, ele diz, representa o primeiro uso bem-sucedido da levitação acústica como um reator "sem parede" em um estudo detalhado de reações químicas.

No trabalho, Beauchamp e sua equipe cobriram uma gota de água com lipídios, biomoléculas que constituem as membranas celulares. Eles então aplicaram uma droga anticâncer na gota e usaram um espectrômetro de massa para "cheirar" a assinatura química emitida pela gota quando a droga reagiu com o lipídio quando iluminada com um ponteiro laser vermelho.

No experimento, os pesquisadores adicionaram uma pequena quantidade de um dos dois lipídios, cardiolipina e POPG (1-palmitoil-2-oleoil-sn-glicero-3-fosfo- (1'-rac-glicerol)), a cada gota d'água. Os lipídios migraram para a superfície da gota, onde eles se organizam para formar uma película fina que é semelhante em composição à membrana celular de uma célula viva.

Com a membrana estabelecida, um produto químico chamado temoporfina foi adicionado à gota. Temoporfina, uma molécula semelhante a um anel, está animado com a luz vermelha. Neste estado, a temoporfina transfere energia para o oxigênio molecular, formando um estado eletrônico excitado que oxida facilmente as moléculas com as quais entra em contato, incluindo aqueles que constituem as membranas celulares. Isso torna a temoporfina útil como tratamento para alguns tipos de câncer de pele. Um médico pode aplicar o medicamento a uma lesão cancerosa e iluminá-la com uma luz vermelha, que brilha facilmente através dos tecidos. Como o complexo é iluminado e animado, oxida materiais celulares vitais, incluindo lipídios, proteínas, e ácidos nucleicos, desencadeando a morte celular.

Era esse processo de matar o câncer que Beauchamp queria estudar. "Quando você está fazendo esta química, você gostaria de ser capaz de realizar essas reações em condições onde não haja nenhum contato do líquido com as superfícies, "ele diz." Alcançamos esse objetivo realizando química em uma gota levitada. "

O levitador acústico permitiu que Beauchamp e sua equipe suspendessem no ar uma gota de 1 milímetro de água contendo uma mistura de lipídio e temoporfina. A gota foi então iluminada por luz laser vermelha, excitando a temoporfina e fazendo-a oxidar as moléculas da camada da membrana.

Enquanto essa oxidação estava ocorrendo, um par de eletrodos de alta tensão colocados perto da gota puxou pequenas quantidades de material para fora da gota e para o sensor de um espectrômetro de massa, que forneceu leituras que permitiram aos pesquisadores deduzir as estruturas moleculares dos compostos dentro da gota. Monitorando continuamente essas leituras, os pesquisadores puderam ver como os compostos na superfície se tornaram progressivamente mais oxidados. Olhando para esses produtos de reação, Beauchamp diz que a equipe de pesquisa pode determinar como funcionam os processos de oxidação.

"Até onde sei, somos as únicas pessoas a fazer química séria desta forma, examinar a cinética e o mecanismo das reações envolvidas ", diz Beauchamp.

A levitação acústica pode encontrar uso em outros campos também, ele diz. Como um exemplo, ele cita a pesquisa de Joe Parker da Caltech, um professor assistente de biologia e engenharia biológica que estuda a relação simbiótica entre certas espécies de formigas e besouros. Beauchamp diz que seria possível levitar uma formiga e um besouro muito próximos um do outro e então usar o aparelho para analisar os feromônios que eles emitem.

A técnica também pode ter outras aplicações. Em estudos colaborativos com John Seinfeld da Caltech, Louis E. Nohl Professor de Engenharia Química, Beauchamp revelou anteriormente detalhes da complexa química ambiental que leva à formação de aerossóis orgânicos na atmosfera em estudos usando gotículas penduradas na extremidade de um capilar. Com a nova metodologia de levitação, aquele capilar não seria mais necessário.

O artigo que descreve a pesquisa de Beauchamp, intitulado "Estudo de espectrometria de massa de gotículas acusticamente levitadas ilumina o mecanismo de terapia fotodinâmica de nível molecular da terapia fotodinâmica para câncer envolvendo oxidação lipídica, "aparece na edição de 23 de abril de Angewandte Chemie .