p Os minúsculos pêlos das formigas prateadas do Saara possuem características adaptativas cruciais que permitem às formigas regular a temperatura do corpo e sobreviver às condições de calor escaldante de seu habitat desértico. De acordo com um novo artigo de pesquisa publicado na revista Ciência , a forma triangular única e a estrutura interna dos cabelos desempenham um papel fundamental na manutenção da temperatura interna média da formiga abaixo do máximo térmico crítico de 53,6 graus Celsius (128,48 graus Fahrenheit) na maior parte do tempo, apesar das temperaturas do Saara do meio-dia que podem chegar a 70 ° C (158 ° F). p O papel, publicado por pesquisadores e colaboradores da Columbia Engineering - incluindo pesquisadores do Laboratório Nacional de Brookhaven do Departamento de Energia dos EUA (DOE) - descreve como a estrutura em nanoescala dos cabelos ajuda a aumentar a refletividade do corpo da formiga em comprimentos de onda visíveis e infravermelhos, permitindo que os insetos desviem a radiação solar que, de outra forma, seus corpos absorveriam. Os cabelos também aumentam a emissividade no espectro infravermelho médio, permitindo que o calor seja dissipado de forma eficiente do corpo quente das formigas para o frio, céu limpo. A Columbia Engineering tem mais informações sobre as descobertas dos pesquisadores.

p Para estudar como os cabelos permitem que as criaturas controlem as ondas eletromagnéticas dessa maneira, a equipe de pesquisa da Columbia Engineering liderada por Nanfang Yu precisava ver o interior dessas estruturas em nanoescala e entender suas funções. Eles se voltaram para os recursos e conhecimentos disponíveis no Centro de Nanomateriais Funcionais (CFN) de Brookhaven, um DOE Office of Science User Facility na vizinha Long Island.

p Trabalhando e recebendo treinamento do CFN Fernando Camino, um co-autor do artigo na Science, e Matthew Sfeir, O grupo de Yu realizou estudos de imagem usando o sistema de Microscópio Eletrônico de Varredura Dupla (SEM) / Feixe de Íons Focalizado (FIB) e Espectrômetro / Microscópio com Transformada de Fourier. Para o sistema de feixe duplo, Camino trabalhou diretamente com o autor principal do artigo, Norman Nan Shi.

p "Minha contribuição foi treinar Shi para usar esta ferramenta e dar a ele a habilidade de brincar com os parâmetros até que pudéssemos ter sucesso na caracterização da estrutura desse cabelo, "Camino disse.

p Em um experimento típico envolvendo material biológico, como cabelos em nanoescala, normalmente seria suficiente usar um microscópio eletrônico para criar uma imagem da superfície do espécime. Essa pesquisa, Contudo, exigiu que o grupo de Yu olhasse dentro dos pelos das formigas e produzisse um corte transversal do interior da estrutura. O feixe de elétrons relativamente fraco de um microscópio eletrônico padrão não seria capaz de penetrar na superfície da amostra.

p O sistema de feixe duplo do CFN resolve o problema combinando a imagem de um microscópio eletrônico com um feixe muito mais poderoso de íons de gálio. Com 31 prótons e 38 nêutrons, cada íon de gálio tem cerca de 125, 000 vezes mais massivo que um elétron, e maciço o suficiente para criar amassados ​​na estrutura em nanoescala - como jogar uma pedra contra uma parede. Os pesquisadores usaram esses feixes poderosos para fazer cortes precisos nos cabelos, revelando as informações cruciais escondidas sob a superfície. De fato, esta aplicação particular, em que o sistema foi usado para investigar um problema biológico, era novidade para a equipe do CFN.

p "Convencionalmente, esta ferramenta é usada para produzir seções transversais de circuitos microeletrônicos, "disse Camino." O feixe de íons focalizado é como uma ferramenta de gravação. Você pode pensar nisso como uma ferramenta de fresamento em uma oficina mecânica, mas em nanoescala. Ele pode remover material em locais específicos porque você pode ver esses locais com o SEM. Então, localmente, você remove o material e olha para as camadas inferiores, porque os cortes dão acesso à seção transversal de tudo o que você deseja observar. "

p A pesquisa com pelos de formigas desafiou a equipe do CFN a encontrar novas soluções para investigar as estruturas internas sem danificar as amostras biológicas mais delicadas.

p "Esses cabelos são muito macios em comparação com, dizer, semicondutores ou materiais cristalinos. E há muito calor local que pode danificar as amostras biológicas. Portanto, os parâmetros devem ser ajustados cuidadosamente para não causar muitos danos, "disse ele." Tivemos que adaptar nossa técnica para encontrar as condições certas. "

p Outro desafio era lidar com o chamado efeito de carregamento. Quando o sistema de feixe duplo é treinado em um material não condutor, elétrons podem se acumular no ponto onde os feixes atingem o espécime, distorcendo a imagem resultante. A equipe do CFN conseguiu resolver esse problema colocando finas camadas de ouro sobre o material biológico, tornando a amostra apenas condutiva o suficiente para evitar o efeito de carga.

p Refletividade reveladora

p Enquanto a equipe de Camino se concentrava em ajudar o grupo de Yu a investigar a estrutura dos pelos das formigas, O trabalho de Matthew Sfeir com a espectroscopia óptica com transformada de Fourier de alto brilho ajudou a revelar como a refletividade dos cabelos ajudou as formigas prateadas do Saara a regular a temperatura. O espectrômetro de Sfeir revelou precisamente o quanto essas estruturas biológicas refletem a luz em vários comprimentos de onda, incluindo luz visível e infravermelha próxima.

p "É uma medição multiplexada, "Sfeir disse, explicando o espectrômetro de sua equipe. "Em vez de sintonizar este comprimento de onda e este comprimento de onda, aquele comprimento de onda, você faz tudo de uma só vez para obter todas as informações espectrais de uma só vez. Ele fornece medições muito rápidas e uma resolução espectral muito boa. Então, nós o otimizamos para amostras muito pequenas. É uma capacidade bastante única do CFN. "

p O trabalho de espectroscopia de Sfeir baseia-se no conhecimento adquirido com seu trabalho em outra instalação importante de Brookhaven:a fonte de luz síncrotron nacional original, onde ele fez muito de seu trabalho de pós-doutorado. Sua experiência foi particularmente útil na análise da refletividade das estruturas biológicas em muitos comprimentos de onda diferentes do espectro eletromagnético.

p "Esta técnica foi desenvolvida a partir da minha experiência de trabalho com as linhas de luz síncrotron infravermelho, "disse Sfeir." Linhas de luz síncrotron são otimizadas exatamente para esse tipo de coisa. Eu pensei, 'Ei, não seria ótimo se pudéssemos desenvolver uma medição semelhante para o tipo de dispositivos solares que fazemos no CFN? ' Por isso, construímos uma versão de bancada para usar aqui. "

p É essa capacidade de obter conhecimento de um domínio e aplicá-lo em outro lugar - muitas vezes de maneiras inesperadas - que permite que usuários externos venham a Brookhaven com novas questões de pesquisa, trabalhar com os especialistas do CFN para descobrir como lidar com essas questões, e saia com as respostas procuradas.

p "Na CFN, nosso objetivo é levar os usuários a um ponto em que eles possam fazer suas próprias pesquisas, tornar-se independente, "Camino disse." Essa é a nossa filosofia:trazemos as ferramentas e o conhecimento de que os usuários precisam, para que possam continuar a trabalhar de forma independente. "