p Inspirado por ciborgues fictícios como Terminator, uma equipe de pesquisadores da Universidade de Michigan e da Universidade de Pittsburgh fez as primeiras partículas biônicas a partir de semicondutores e proteínas. p Essas partículas recriam o coração do processo que permite que as plantas transformem a luz do sol em combustível.

p "Os esforços humanos para transformar a energia da luz solar em biocombustíveis usando materiais artificiais ou organismos inteiros têm baixa eficiência, "disse Nicholas Kotov, a professora de engenharia Florence B. Cejka da Universidade de Michigan, quem conduziu o experimento.

p Uma abordagem biônica pode mudar isso.

p As partículas biônicas combinam as forças de materiais inorgânicos, que pode facilmente converter a energia da luz em energia do elétron, com moléculas biológicas cujas funções químicas foram altamente desenvolvidas ao longo da evolução.

p A equipe primeiro projetou as partículas para combinar telureto de cádmio, um semicondutor comumente usado em células solares, com citocromo C, uma proteína usada pelas plantas para transportar elétrons na fotossíntese. Com esta combinação, o semicondutor pode transformar um raio do sol em um elétron, e o citocromo C pode puxar esse elétron para uso em reações químicas que poderiam limpar a poluição ou produzir combustível, por exemplo.

p Para gerar reações, as moléculas do citocromo C e as nanopartículas de telureto de cádmio devem trocar elétrons. Este processo seria mais eficiente se os componentes estivessem conectados, então a equipe projetou um processo que permitiria que eles se montassem em superpartículas.

p Sharon Glotzer da U-M, o professor de engenharia química Stuart W. Churchill, quem conduziu as simulações, compara a automontagem com a forma como as superfícies das células vivas se formam, usando forças de atração que são fortes em pequenas escalas, mas enfraquecem à medida que a estrutura cresce. O grupo de Kotov confirmou que as partículas semicondutoras e proteínas se agrupam naturalmente em partículas maiores, aproximadamente 100 nanômetros (0,0001 milímetros) de diâmetro.

p A equipe construiu esta fórmula para sua reação de teste. Eles transformaram o nitrato poluente em nitrito e oxigênio, demonstrando que as partículas biônicas poderiam aproveitar a luz do sol para gerar reações químicas. Para este processo, o semicondutor e o citocromo C precisavam da ajuda de outras enzimas, que a equipe incorporou às superpartículas.

p "Nós fundimos biológico e inorgânico de uma forma que aproveita os atributos de ambos para obter algo melhor do que qualquer um sozinho, "Disse Glotzer.

p Alimentado por elétrons do citocromo C, a enzima pode remover o oxigênio das moléculas de nitrato.

p Como as estruturas que realizam a fotossíntese nas plantas, as partículas biônicas sofreram com o manuseio da energia. A natureza renova constantemente essas partes funcionais das plantas, e por meio da automontagem, as partículas também podem ser capazes de se renovar.

p Kotov disse que eles poderiam trabalhar em um ciclo que permitisse às partículas tempo para se recomporem após o desgaste com o uso. Ele explicou que a automontagem ocorre porque os dois tipos de blocos de construção têm tamanho e carga semelhantes.

p "Se as nanopartículas inorgânicas forem muito pequenas, elas não se reunirão. Muito grandes, e eles desvendam as proteínas, "ele disse." E, se as nanopartículas e proteínas têm cargas opostas, eles formam grandes aglomerados e caem da solução. "

p Glotzer disse que agora que eles entendem como funciona o fenômeno da montagem, "podemos encontrar princípios de design para otimizar as condições e estender nossas descobertas a outros tipos de sistemas de nanopartículas de proteínas."

p Um dos objetivos é a conversão de dióxido de carbono e água em gás natural, o que permitiria que grande parte da infraestrutura de energia atual continuasse funcionando sem emissões líquidas de carbono. Mas a equipe considera mais do que apenas aplicações de fotossíntese artificial.

p "Esses princípios de projeto podem ser usados ​​para orientar projetos futuros para outros sistemas biônicos, partindo dos blocos de construção primários de organismos biológicos e máquinas inorgânicas, "Kotov disse." É muito possível que o Terminator do futuro precise ser construído a partir de tais blocos de construção. "