Nanobots e ficção científica
Comparada as muitas outras áreas de atuação da ciência, a nanotecnologia pareceu sempre se manter minimamente conhecida pelo público geral. Muito provavelmente graças a ficção científica.
Não são raros os casos em que o corpo humano vira um cenário perigoso quando o tamanho dos nossos personagens diminui drasticamente. Já vimos o corpo humano ser tratado como um parque temático em Rick and Morty ou como um complexo sistema onde nossas células combatem agentes infecciosos como em Cells at Work!.
Porém, apesar de muitos acharem que as células do nosso corpo trabalham na escala nanométrica, as medidas são ainda menores. As aplicações de nanotecnologia estão muito mais próximas do que podemos visualizar na armadura Mark L do homem de ferro ou dos nanites que reconstroem tecidos em no universo de Cyberpunk 2077.
Claro que estamos a alguns passos atrás da construção de nanorrobôs funcionais, certo? Na realidade podemos encontrar algumas aplicações já muito parecidas com o que encontramos na cultura pop.
É possível realizar a construção de nanopartículas e nanoestruturas funcionalizadas, de maneira a direcioná-las dentro do nosso corpo. Por meio da criação de nanoestruturas helicoidais de carbono, por exemplo, é possível liberá-las na corrente sanguínea e ao acoplar moléculas específicas em sua superfície é possível atingir células específicas, podendo atuar na captura de patógenos ou em uma terapia alvo para o câncer.
Nano prata e citotoxicidade
Quanto a aplicação da nanotecnologia no nosso dia a dia, alguns outros exemplos estão mais palpáveis do que nanorrobôs, principalmente quando consideramos os impactos que a pandemia gerou na saúde pública.
Alternativas para o combate do vírus SARS-CoV-2 vieram junto da nanotecnologia, um clássico exemplo foram as nanopartículas de prata. Por conta de seu mecanismo de ação ainda não ser muito claro, as suas aplicações se mostraram efetivas no combate a microorganismos.
As propriedades das nanopartículas de prata de impedirem a infecção do SARS-CoV-2 nas células humanas em testes in vitro, algumas aplicações dessa tecnologia já podem ser visualizadas no mercado, porém de maneira indireta. Máscaras revestidas de nano prata, borrifadores de superfície entre outros já estão disponíveis e aprovados pela ANVISA.
Porém, vale ressaltar que estudos quanto ao mecanismo de ação e aos impactos da citotoxicidade das nanopartículas ainda devem ser realizados e principalmente quanto ao seu descarte e acúmulo no meio ambiente.
Grafeno e nanotubos de carbono
Dentro da discussão sobre aplicabilidade de nanopartículas de prata, outro material chama atenção por sua alta disponibilidade, baixa toxicidade e fácil síntese, são elas as nanopartículas de carbono. Sua simplicidade é tanta que a formação de uma única camada de carbono é possível ser realizada extraindo finas camadas de carbono do grafite, utilizando uma fita adesiva.
Sua extrema simplicidade inclusive gerou um prêmio Nobel em 2010 ao grupo de pesquisa de Konstantin Novoselov. As aplicações em estruturas como a do grafeno são alvo de estudo a anos, como em ligas de carbono que já são aplicadas em carros de alto desempenho e em aeronaves a décadas, justamente pela sua alta resistência mecânica e reduzido peso.
Entretanto, as pesquisas atuais envolvendo esse material está atrelada a busca pelo barateamento de processos e metodologias que hoje são baseadas em nano prata e nano ouro. Uma delas é a aplicação de grafeno em sensores eletroquímicos que atualmente são realizados utilizando eletrodos de ouro devido a sua alta sensibilidade.
Por conta das propriedades nanométricas do carbono permitirem a condução de elétrons de maneira efetiva a um custo significativamente menor, alternativas de aplicação de sensores de grafeno vem ganhando destaque.
Outra possibilidade de aplicação interessante é na formação de estruturas nanométricas de carbono. Nanotubos de carbono tem propriedades muito interessantes, como alta condutividade térmica e elétrica, elevada resistência mecânica, baixa deformação térmica e baixo peso, os tornando excelentes materiais para aplicação aeronáutica e afins.
Quantum Dots
Sabemos da versatilidade do carbono quando esse elemento é essencial para grande parte da vida na Terra como hoje conhecemos, e com toda certeza quando se trata da nanotecnologia não seria diferente. Fora sua aplicabilidade em nanotubos e em eletrodos, a utilização de nanopartículas de carbono é interessante na construção de partículas com propriedades luminescentes.
Os quantum dots de carbono (CQDs) são nanopartículas que ao serem excitadas com feixes luminosos de diferentes comprimentos de onda emitem fluorescência. Justamente por possuírem uma fácil excitação é possível aplicá-los nos mais diversos campos, como em exames médicos a base de contraste, marcadores fluorescentes em partículas biológicas, entre outros.
Sua produção, ou síntese, pode ser realizada de diversas formas, optando por uma abordagem bottom-up, ou seja, utilizando compostos químicos em solução para a formação de coloides de CQDs alternativas utilizando poli etileno glicol e carboidratos simples aquecidos em micro-ondas já permite a formação de nanopartículas de carbono, capazes de absorver e emitir energia luminosa.
A ideia de aplicações dos CQDs pode ir um pouco mais além, como a galera do CNPEM apresentou no iGEM Design League em 2021. Ao utilizar CQDs junto de bactérias, a proposta do time era ativar rotas de consumo de CO₂ de água de bactérias fotossintetizantes na produção de moléculas de interesse como terpenos entre outros.
Magnetic nanobeads
Não somente o carbono pode servir como uma fonte de nanopartículas de aplicação comercial, mas também o ferro. A utilização de magnetismo junto a biotecnologia vem ganhando destaque nos últimos anos justamente por permitir um controle das partículas biológicas sem interferir drasticamente na morfologia ou propriedades dessas partículas alvo.
Kits comerciais de extração de DNA utilizando nanopartículas de ferro juntamente com sílica já são aplicados, principalmente quando há necessidade de extração em larga escala, como na comprovação de testes moleculares de HIV, Hepatite e COVID-19.
A síntese mais tradicional dessas nano partículas é feita a partir de óxido de ferro, muito semelhante ao processo de produção de ferro fluido que vemos em diversos tutoriais pela internet.
Porém, o acoplamento do DNA seguida de sua liberação depende da carga eletroquímica da molécula em contato com as nano partículas. A grande vantagem de utilizar nanopartículas magnéticas é justamente um maior controle no processo de “precipitação” do DNA, uma vez que essa etapa é controlada pela disposição de ímãs.
Metodologias que melhorem essa adesão e desprendimento ainda são altamente pesquisadas visando gerar um rendimento próximo do ideal. Para isso, muitos desses kits de extração são pensados para uma aplicação concomitante a processos de automatização.
Referências bibliográficas:
Chen, Wei, et al. “Nanomachines and other caps on mesoporous silica nanoparticles for drug delivery.” Accounts of chemical research 52.6 (2019): 1531-1542.
Pilaquinga, Fernanda, et al. “Silver nanoparticles as a potential treatment against SARS‐CoV‐2: A review.” Wiley Interdisciplinary Reviews: Nanomedicine and Nanobiotechnology 13.5 (2021): e1707.
Jeremiah, Sundararaj S., et al. “Potent antiviral effect of silver nanoparticles on SARS-CoV-2.” Biochemical and biophysical research communications 533.1 (2020): 195-200.
Chem. Soc. Rev., 2015,44, 362-381
