p (PhysOrg.com) - Os engenheiros elétricos há muito tempo vêm brincando com a ideia de projetar moléculas biológicas que podem ser integradas diretamente em circuitos eletrônicos. Pesquisadores da Universidade da Pensilvânia desenvolveram uma maneira de formar essas estruturas para que possam operar em ambientes ao ar livre, e, mais importante, desenvolveram uma nova técnica de microscópio que pode medir as propriedades elétricas desses e de dispositivos semelhantes. p A pesquisa foi conduzida por Dawn Bonnell, Professor da cadeira de curadores e diretor do Nano / Bio Interface Center, os alunos de pós-graduação Kendra Kathan-Galipeau e Maxim Nikiforov e o colega de pós-doutorado Sanjini Nanayakkara, todos do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais na Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas da Penn. Eles colaboraram com o professor assistente Bohdana Discher do Departamento de Biofísica e Bioquímica da Escola de Medicina Perelman da Penn e Paul A. O’Brien, um estudante de pós-graduação no Programa de Mestrado em Biotecnologia da Penn.

p Seu trabalho foi publicado na revista ACS Nano .

p O desenvolvimento envolve proteínas artificiais, feixes de hélices peptídicas com uma molécula fotoativa dentro. Essas proteínas são organizadas em eletrodos, que são características comuns de circuitos que transmitem cargas elétricas entre elementos metálicos e não metálicos. Quando a luz incide sobre as proteínas, eles convertem fótons em elétrons e os passam para o eletrodo.

p “É um mecanismo semelhante ao que acontece quando as plantas absorvem luz, exceto nesse caso, o elétron é usado para alguma química que cria energia para a planta, ”Bonnell disse. “Neste caso, queremos usar o elétron em circuitos elétricos. ”

p Conjuntos de peptídeos semelhantes foram estudados em solução anteriormente por vários grupos e testados para mostrar que eles realmente reagem à luz. Mas não havia como quantificar suas propriedades elétricas ambientais, particularmente capacitância, a quantidade de carga elétrica que a montagem mantém.

p “É necessário entender esses tipos de propriedades nas moléculas para fazer dispositivos com elas. Temos estudado silício há 40 anos, então sabemos o que acontece com os elétrons lá, ”Bonnell disse. “Não sabíamos o que acontecia aos elétrons em eletrodos secos com essas proteínas; nem sabíamos se eles permaneceriam fotoativos quando ligados a um eletrodo. ”

p Projetar circuitos e dispositivos com silício é inerentemente mais fácil do que com proteínas. As propriedades elétricas de um grande pedaço de um único elemento podem ser medidas e depois reduzidas, mas moléculas complexas como essas proteínas não podem ser aumentadas. Sistemas de diagnóstico que pudessem medir suas propriedades com sensibilidade nanométrica simplesmente não existiam.

p Os pesquisadores, portanto, precisaram inventar uma nova maneira de medir essas propriedades e uma maneira controlada de fazer as proteínas fotovoltaicas que se assemelhariam a como poderiam ser eventualmente incorporadas em dispositivos ao ar livre, ambientes cotidianos, ao invés de nadar em uma solução química.

p Para resolver o primeiro problema, a equipe desenvolveu um novo tipo de técnica de microscópio de força atômica, conhecido como microscopia de nanoimpedância de ressonância torcional. Os microscópios de força atômica operam trazendo uma ponta de silício extremamente estreita muito perto de uma superfície e medindo como a ponta reage, fornecendo uma sensibilidade espacial de alguns nanômetros até átomos individuais.

p “O que fizemos em nossa versão foi usar uma ponta metálica e colocar um campo elétrico oscilante nela. Ao ver como os elétrons reagem ao campo, somos capazes de medir interações mais complexas e propriedades mais complexas, como capacitância, ”Bonnell disse.

p O grupo de Bohdana Discher projetou as proteínas de automontagem da mesma forma que fizeram antes, mas deu a etapa adicional de estampá-las em folhas de eletrodos de grafite. Este princípio de fabricação e a capacidade de medir os dispositivos resultantes podem ter uma variedade de aplicações.

p “Fotovoltaicos - células solares - são talvez os mais fáceis de imaginar, mas para onde esse trabalho está indo em um prazo mais curto são os sensores bioquímicos, ”Bonnell disse.

p Em vez de reagir aos fótons, proteínas poderiam ser projetadas para produzir uma carga quando na presença de certas toxinas, tanto mudando de cor ou atuando como um elemento de circuito em um gadget em escala humana.