p Quatro enormes braços de robô cercam a reluzente carcaça de metal do que em breve será um automóvel de última geração. Eles ganham vida, anexando o capô, os espelhos laterais, e outros painéis. É o tipo de operação de precisão que você pode encontrar nas fábricas de automóveis em todo o mundo atualmente. Mas aqui está uma questão que vale a pena considerar:poderíamos realizar um feito como esse apenas cerca de um bilhão de vezes menor? p Em 2016, três pioneiros das máquinas moleculares foram homenageados com o prêmio Nobel. A primeira tranche de máquinas moleculares que eles foram recompensados ​​por criar eram, em sua maioria, tarefas simples, como rotores, interruptores e similares. Agora, químicos como o professor David Leigh da Universidade de Manchester, REINO UNIDO., estão tentando construir máquinas moleculares sofisticadas com vários componentes e que podem fazer trabalhos úteis.

p Construir uma máquina molecular é um trabalho para químicos de elite, mas os truques básicos do comércio são fáceis de entender. Alguns deles envolvem a construção de moléculas que estão mecanicamente ligadas umas às outras. Por exemplo, eles podem construir um rotaxano, uma molécula em forma de anel enroscada em um eixo. Colocar diferentes grupos de átomos ao longo do eixo e, em seguida, manipular suas propriedades - por exemplo, dar e tirar uma carga eletrostática - pode impelir o anel a se mover ao longo do eixo. Esse é o tipo de componente simples que poderia ser usado em uma máquina molecular mais elaborada.

p Fábrica bioquímica

p Que tipo de coisas podemos fazer com uma máquina molecular mais avançada - ou 'nanorrobôs, "como alguns os chamam? Prof. Leigh está particularmente interessado em construir nanobots que agem como uma linha de montagem química, sintetizar novos produtos químicos com propriedades interessantes. Ele é inspirado pelo ribossomo, uma fábrica bioquímica em células que constrói proteínas. Leva blocos de construção simples chamados aminoácidos, que vêm em apenas 20 variedades naturais diferentes, e os costura em longas cadeias ou polímeros. Dependendo da sequência de aminoácidos, essas cadeias se dobram em uma série de biomateriais, desde a queratina que compõe a pele e os cabelos até as fibras dos músculos.

p Os químicos fizeram muitos polímeros artificiais, mas é extremamente difícil controlar a ordem em que os blocos de construção são unidos. "Polímeros específicos de sequência são um desafio não resolvido na química, "disse o Prof. Leigh. Mas ele acha que as máquinas moleculares poderiam ser uma solução. Se tivéssemos máquinas moleculares que pudessem montar polímeros, eles não seriam limitados apenas aos 20 blocos de construção de aminoácidos naturais, portanto, o resultado pode ser uma gama muito mais ampla de materiais.

p A obtenção de máquinas que podem fazer polímeros de sequência específica está longe de ser trivial, diz a professora de química Nathalie Katsonis da Universidade de Groningen, na Holanda. "Mas estou convencido de que esta pesquisa terá um grande papel no () futuro da química, e possivelmente da ciência dos materiais também. "

p O Prof. Leigh tem perseguido esse objetivo por meio de seu projeto MOLFACTORY, que começou em 2014. Em um documento importante em 2017, O Prof. Leigh e sua equipe mostraram que poderiam construir um braço de robô molecular, uma versão simplificada e muito menor das que montam os carros. Este braço agarra um produto químico reativo e o move para um dos dois locais. Dependendo do site em que está posicionado, o produto químico reage de maneiras diferentes para produzir produtos químicos diferentes. Desenvolvido ainda mais, máquinas como essa poderiam produzir polímeros específicos para sequências semelhantes às proteínas produzidas pelos ribossomos. E assim como diferentes proteínas podem gerar força (músculos) ou ser cinco vezes mais fortes que o aço (seda de aranha), que pode permitir coisas semelhantes com polímeros artificiais, como um poliestireno específico de sequência.

p "David e seu grupo estão fazendo um trabalho incrivelmente criativo, "disse o professor Raymond Astumian da Universidade do Maine em Orono, EUA "Não são apenas as máquinas moleculares que eles fazem de uso prático potencial, mas também são direcionados para responder a questões fundamentais. "

p Outro projeto, chamado ProgNanoRobot, liderado pelo Dr. Germán Zango trabalhando no laboratório do Prof. Leigh, tentou levar este robô de produção mais longe. O projeto tinha vários objetivos, incluindo a produção de braços robóticos que poderiam funcionar com um combustível químico e um nanodispositivo capaz de transportar carga molecular por longas distâncias em escala atômica.

p O projeto foi executado entre 2019 e março de 2021 e, até agora, nenhum resultado é publicado. Mas o Dr. Zango teve alguns sucessos importantes. Ele disse que produziu um dispositivo no qual uma carga molecular poderia ser produzida de um braço robótico para outro, cumprir a meta de transporte em longas distâncias.

p "Trabalhar em pesquisas que poderiam nos levar ao alvorecer da nanotecnologia molecular útil foi ao mesmo tempo um enorme desafio e uma experiência emocionante, "disse o Dr. Zango.

p Gatilhos

p No futuro próximo, há vários grandes desafios que a pesquisa de nanorrobôs precisa superar. No momento, é comum que as máquinas moleculares precisem ser alimentadas com uma série de gatilhos químicos em uma série específica para que funcionem. Se os sistemas fossem usados ​​para produzir polímeros em escala, iria produzir muito lixo. Parte do trabalho do Dr. Zango investigou a redução do número de gatilhos químicos necessários ou o uso da luz como um gatilho. "Uma das coisas mais desafiadoras que estávamos tentando alcançar era usar um único insumo químico para abastecer todo o ciclo operacional da máquina ou usar apenas interruptores fotográficos, "disse o Dr. Zango.

p Outro grande desafio, diz o Prof. Leigh, é a correção de erros. As máquinas em nanoescala são distintamente diferentes dos robôs em escala humana, pois estão sempre sujeitas à estocasticidade; você pode configurar uma máquina molecular para fazer um trabalho específico, mas você nunca pode garantir que funcionará corretamente o tempo todo. A biologia tem que lidar com esse problema, também. No corpo humano existe um conjunto de máquinas moleculares que constroem biomoléculas e outro conjunto completo com a tarefa específica de encontrar e corrigir os erros cometidos pelo primeiro conjunto. O prof. Leigh diz que em algum momento, as máquinas moleculares artificiais terão que incluir mecanismos de correção de erros. Esse tipo de trabalho ainda está em sua infância.

p Ainda, em outubro de 2020, O professor Leigh e sua equipe deram um passo significativo em direção a um sintetizador de polímero específico para sequência. Eles construíram um robô baseado em rotaxano em que um anel "anda" por uma trilha, pegando moléculas ao longo do caminho e juntando-as. Os resultados uniram apenas quatro moléculas - muito longe das centenas ou milhares em uma proteína - mas foi um grande passo, no entanto.

p O professor Leigh disse que às vezes pode parecer exagero sobre o que as máquinas moleculares podem fazer. Mas ele avalia que isso se justificará no longo prazo. "Eu realmente acho que eventualmente as máquinas moleculares irão revolucionar as coisas da mesma forma que a revolução industrial ou a internet fizeram, "disse ele. Mas definitivamente vai levar tempo, ele adicionou.

p Ele admite que ainda não há nada que possa fazer com uma máquina molecular que não possa ser feito de forma mais simples por outros meios. Mas quando você está inventando algo novo, isso é algo de se esperar. "É muito parecido com o homem da Idade da Pedra fazendo uma roda para moer milho, "disse o professor Leigh." Ele não sabe que um dia será usado para fazer um carro. "