p Um projeto para uma bomba molecular artificial que atua para compartimentar anéis em um estado de alta energia em uma cadeia de polimetileno. Crédito: Nature Nanotechnology (2015) doi:10.1038 / nnano.2015.96
p Usando a natureza como inspiração, uma equipe de cientistas da Northwestern University é a primeira a desenvolver uma bomba molecular inteiramente artificial, em que as moléculas bombeiam outras moléculas. Esta pequena máquina não é pouca coisa. A bomba um dia pode ser usada para alimentar outras máquinas moleculares, como músculos artificiais. p A nova máquina imita o mecanismo de bombeamento de proteínas de sustentação da vida que movem pequenas moléculas em torno das células vivas para metabolizar e armazenar energia dos alimentos. Por sua comida, a bomba artificial extrai energia de reações químicas, conduzindo moléculas passo a passo de um estado de baixa energia para um estado de alta energia - longe do equilíbrio.
p Embora a natureza tenha tido bilhões de anos para aperfeiçoar sua complexa maquinaria molecular, a ciência moderna está apenas começando a arranhar a superfície do que pode ser possível no mundo de amanhã.
p "Nossa bomba molecular é a química radical - uma maneira engenhosa de transferir energia de uma molécula para outra, do jeito que a natureza faz, "disse Sir Fraser Stoddart, o autor sênior do estudo. Stoddart é Professor de Química do Conselho de Curadores do Weinberg College of Arts and Sciences da Northwestern.
p "Todos os organismos vivos, incluindo humanos, deve transportar e redistribuir continuamente as moléculas em torno de suas células, usando proteínas transportadoras vitais, ", disse ele." Estamos tentando recriar as ações dessas proteínas usando pequenas moléculas relativamente simples que fazemos em laboratório. "
p Detalhes da bomba molecular artificial foram publicados em 18 de maio pelo jornal
Nature Nanotechnology .
p Chuyang Cheng, um estudante de graduação do quarto ano no laboratório de Stoddart e primeiro autor do artigo, passou seu Ph.D. estudos que pesquisam moléculas que imitam a maquinaria bioquímica da natureza. Ele projetou uma bomba artificial pela primeira vez há dois anos, mas foi necessário mais de um ano testando protótipos antes de ele encontrar a estrutura química ideal.
p "Em alguns aspectos, estamos pedindo que as moléculas se comportem de uma maneira que não fariam normalmente, - disse Cheng. - É como tentar juntar dois ímãs. As moléculas em forma de anel com as quais trabalhamos se repelem em circunstâncias normais. A bomba artificial é capaz de sugar parte da energia que muda de mãos durante uma reação química e a usa para juntar os anéis. "
p A minúscula máquina molecular enrosca os anéis em uma cadeia nanoscópica - uma espécie de eixo - e aperta os anéis juntos, com apenas alguns nanômetros separando-os. Atualmente, a bomba molecular artificial é capaz de forçar apenas dois anéis juntos, mas os pesquisadores acreditam que não demorará muito para que possam estender sua operação a dezenas de anéis e armazenar mais energia.
p A equipe de Stoddart pesquisa máquinas moleculares artificiais há vários anos. Um desafio que eles enfrentam há muito tempo é como alimentar suas máquinas. Este último avanço pode permitir que eles façam máquinas que realizam tarefas em nível molecular.
p Comparado ao sistema da natureza, a bomba artificial é muito simples, Mas é um começo, dizem os pesquisadores. Eles projetaram um novo sistema, usando barreiras cinéticas, que permite que as moléculas fluam "morro acima" energeticamente.
p "Esta é uma química sem equilíbrio, movendo as moléculas para longe de seu estado mínimo de energia, que é essencial para a vida, "disse Paul R. McGonigal, um autor do estudo. "Conduzindo química fora de equilíbrio desta forma, com moléculas artificiais simples, é um dos maiores desafios da ciência no século 21. "
p Em última análise, eles pretendem usar a energia armazenada em sua bomba para alimentar músculos artificiais e outras máquinas moleculares. Os pesquisadores também esperam que seu projeto inspire outros químicos que trabalham com química fora do equilíbrio.
p "Isso é completamente diferente do processo de projetar as máquinas que estamos acostumados a ver na vida cotidiana, "Stoddart disse." De certa forma, é preciso aprender a ver as coisas do ponto de vista das moléculas, considerando forças como o movimento térmico aleatório que nunca se consideraria ao construir uma bomba d'água agrícola ou qualquer outro dispositivo mecânico. "