Hoje, comumente encontramos chips RFID sem contato em vários produtos, mas uma tecnologia semelhante pode ser implementada no nível molecular? A resposta é sim. O princípio da codificação molecular concebido por Miloslav Polášek e sua equipe no IOCB Praga representa um novo método na fronteira da química e das tecnologias modernas. Seu artigo sobre codificação paramagnética de moléculas foi publicado recentemente na revista Nature Communications .
O novo princípio de codificação molecular e protótipo de tal sistema molecular eram inicialmente apenas ideias de ficção científica. Após cinco anos de desenvolvimento, a equipe conseguiu criar moléculas com as características certas, cuja estrutura é adequada para a incorporação de íons de elementos metálicos de terras raras, os chamados lantanídeos. Esses elementos possuem propriedades paramagnéticas especiais que permitem ajustar a resposta da molécula em um campo magnético. A resposta pode servir como portadora de informação digital e, analogamente aos chips RFID, pode ser lida no espectro de radiofrequência por meio de ressonância magnética nuclear. Além disso, essas construções moleculares podem ser ainda mais ligadas e combinadas para criar um sinal cada vez mais complexo, mas ainda legível, com maior capacidade de informação digital.

"Em nosso artigo para Nature Communications , introduzimos o sistema mais simples possível de duas moléculas ligadas, no qual inserimos várias combinações de átomos de dois lantanídeos selecionados, disprósio e hólmio. Mostramos que, mesmo com um sistema primitivo como esse, é possível criar quatro sinais únicos e usá-los para gerar quinze códigos digitais diferentes", diz Miloslav Polášek, chefe do Grupo de Coordenação de Química do Instituto de Química Orgânica e Bioquímica da Academia de Ciências Tcheca / IOCB Praga. "Isso pode não parecer muito à primeira vista, mas o número de códigos cresce dramaticamente à medida que o número de elementos aumenta. Quatro elementos fornecem 65.535 códigos, e com apenas seis poderíamos, por exemplo, rotular com códigos únicos todas as notas de euro atualmente em circulação. Considerando que podemos usar doze desses elementos, obtemos uma ferramenta com imenso potencial."

Uma construção molecular que permite a incorporação de átomos de lantanídeos em locais precisamente definidos desempenha um papel fundamental. "Nosso grupo trabalha com quelantes, que são moléculas que podem formar ligações com íons metálicos e envolvê-los em uma estrutura que parece uma gaiola. Usamos um aminoácido para ligar essas gaiolas moleculares contendo metais e também ligamos outro componente eles que atuam como transmissores no campo magnético e cuja frequência depende do tipo dos íons metálicos e sua ordem", explica Jan Kretschmer, membro da equipe do IOCB Praga e estudante da Faculdade de Ciências da Universidade Charles.

Miloslav Polášek e sua equipe não são os únicos interessados ​​no uso de moléculas como portadores de informação; outros pesquisadores procuraram principalmente formas inspiradas na biologia, usando, por exemplo, o DNA. A vantagem do DNA é sua capacidade de reter grandes quantidades de informação em uma única molécula. Por outro lado, uma grande desvantagem é sua leitura complicada, que exige a coleta e manipulação de uma amostra, o que, além disso, apresenta risco de contaminação com um DNA diferente do ambiente circundante. A vantagem fundamental da codificação molecular paramagnética é que a informação pode ser lida remotamente. O processo de leitura pode ser repetido indefinidamente sem qualquer dano à molécula ou esgotamento. As informações são armazenadas permanentemente.

"Quando submetemos nosso artigo à revista pela primeira vez, um dos revisores sugeriu que déssemos um exemplo específico de uso do método. Tomamos isso como um desafio e realizamos dois experimentos. No primeiro, usamos nosso conjunto de moléculas para codificar uma imagem com a palavra 'CÓDIGO' inscrita nela, que depois lemos por ressonância magnética em colaboração com a equipe de Daniel Jirák do Instituto de Medicina Clínica e Experimental.No segundo experimento, usamos um método um pouco diferente para codificar a palavra 'Lanthanide' no código digital", acrescenta Dr. Polášek.

O sistema molecular atual usa quatro lantanídeos diferentes e é capaz de codificar de forma confiável em 16 bits; no entanto, um sistema otimizado usando também os lantanídeos restantes poderia, em princípio, permitir codificação de 64 bits ou até superior, e isso ofereceria oportunidades para aplicações em muitas áreas. Em princípio, é possível rotular objetos microscópicos, como células, bem como objetos macroscópicos, como drogas ou notas. A equipe de Miloslav Polášek está planejando aplicações nos próximos anos não apenas para química e farmácia, mas também para telemedicina e outros setores com foco no desenvolvimento de tecnologias inovadoras. + Explorar mais

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