Uma propriedade biológica pouco conhecida que parece permitir que os componentes celulares armazenem energia em suas bordas externas é a chave possível para o desenvolvimento de uma nova classe de materiais e dispositivos para coletar, armazenar e gerenciar energia para uma variedade de aplicações, uma equipe de pesquisadores do New Jersey Institute of Technology (NJIT) e da Yeshiva University propôs.

Em um artigo publicado na semana passada em Nature Communications , "Modos de borda dinâmicos de Majorana em uma ampla classe de sistemas mecânicos topológicos, "os pesquisadores relatam a descoberta de uma grande classe de materiais com essas capacidades.

"Notavelmente, acreditamos que essas propriedades podem estar presentes em muitos materiais compostos de dímeros, uma estrutura química na qual duas massas semelhantes estão ligadas uma à outra por meio de uma estrutura rígida, vínculo quase irrestrito. Os dímeros constituem os blocos de construção de muitos componentes celulares e, portanto, parece que armazenar energia desta forma é uma estratégia que uma variedade de células usam diariamente em muitos organismos vivos, "observa Camelia Prodan, professor associado de física do NJIT e autor do artigo.

"Esta pesquisa pode ser usada para explicar o comportamento das células que ainda não é totalmente compreendido, " Ela adiciona.

O artigo origina-se de uma pesquisa financiada por uma bolsa de US $ 1 milhão do W.M. Fundação Keck concedida no ano passado a Prodan e seu colaborador, Emil Prodan, professor de física na Yeshiva University, para pesquisar o papel das bordas dos fônons topológicos no funcionamento dos microtúbulos - o material esquelético nas células eucarióticas. As bordas dos fônons são quanta de som ou energia vibracional confinada à borda ou superfície de um material.

Os Prodans estão particularmente interessados ​​em como os microtúbulos armazenam energia em suas bordas que não é propagada em seus corpos em forma de cilindro. Os modos de borda de Majorana são equivalentes a um tipo de partícula subatômica - férmions de Majorana - que aparecem em alguns tipos de supercondutores. São as vibrações energéticas que surgem na borda de um material que não pode ser destruído pelo meio ambiente ou pela quebra do material.

Eles estão explorando o potencial de criar novos materiais com novas propriedades físicas baseadas em modos topológicos de borda de fônons.

"Em última análise, gostaríamos de criar materiais que imitam essa propriedade - a capacidade de restringir a energia a uma borda - para aumentar a resistência a terremotos em edifícios ou a proteção de coletes à prova de bala, por exemplo, "diz ela." Também achamos que esta propriedade pode ser a chave para uma nova geração de agentes anticâncer, devido ao papel que os fônons topológicos podem desempenhar na divisão celular. Os microtúbulos devem se desintegrar antes que uma célula possa se dividir. A quimioterapia atualmente funciona evitando que as células se dividam, mas os cânceres recorrentes encontram uma maneira de enfraquecer essas defesas. "

Trabalhando com especialistas em nanotecnologia no NJIT, Reginald Farrow, professor pesquisador de física, e Alokik Kanwal, professor assistente de pesquisa, eles esperam fornecer a primeira verificação experimental do papel-chave que esses fônons topológicos desempenham em muitos processos celulares fundamentais, incluindo divisão celular e movimento.

Além disso, com base nos resultados de seu estudo de microtúbulos e modos topológicos de borda de fônon, a equipe de pesquisa procurará prever e fabricar uma nova classe de materiais chamados cristais fonônicos topológicos, com aplicações que variam de células solares eficientes em energia, para amortecimento de som e amplificação, ao isolamento.