A incrível arte de montar objetos com átomos e moléculas

Brincadeira de cientista

Montar objetos usando peças que você consegue ver e pegar é tão fácil que virou literalmente brincadeira de criança.

É assim também que são montadas todas as máquinas que usamos, de torradeiras e automóveis, até navios e naves espaciais.

Mas átomos e moléculas não podem ser manipulados tão facilmente quanto porcas e parafusos.

Empenhados em desenvolver técnicas que permitam a fabricação de dispositivos ultraminiaturizados, de nanorrobôs a memórias de computador que consigam armazenar mais dados por área, os cientistas estão tendo que criar ferramentas totalmente novas.

Esse desafio, que depende de um auxílio especialmente intenso da matemática, está sendo vencido aos poucos, com pinças de luz, moldes de DNA, alicates magnéticos e vários outros artifícios.

Há 43.480 jeitos diferentes de dobrar um dodecaedro. A vantagem é que, em nanoescala, ele vira uma caixa sozinho. [Imagem: Gracias/Menon/NSF]

Matemática da nanotecnologia

Imagine montar uma caixa, algo trivial em escala humana, mas que se torna um desafio quando é preciso acondicionar nanopartículas ou picolitros de alguma substância.

Mas, vencido o desafio, há uma grande vantagem: as nanocaixas montam-se sozinhas.

É verdade que David Gracias, da Universidade Johns Hopkins não teria nem começado a construir suas caixas tridimensionais automontantes sem a ajuda da matemática.

Foi Govind Menon, da Universidade Brown, quem descreveu matematicamente como os materiais planos deveriam ser cuidadosamente cortados para que resultassem em caixas perfeitamente lacradas, que poderão ser usadas para levar medicamentos para o interior do corpo humano.

"Há 43.480 jeitos diferentes de dobrar um dodecaedro," disse Menon.

"Da mesma forma que a natureza monta tudo, de conchas do mar a pedras preciosas, sempre de de baixo para cima, a ideia da automontagem promete se tornar uma técnica totalmente nova de fabricar objetos partindo de átomos e moléculas," completa Gracias.

Depois de feitos os cortes com precisão, tudo o que é necessário fazer é aquecer o material para que, sozinho, ele crie a nanodobradura com perfeição.

Transístor bioeletrônico é fabricado com clara de ovo

Eletrônica biológica

Você certamente já ouviu falar da eletrônica orgânica e sua promessa de dispositivos finos, flexíveis, ambientalmente corretos e mais baratos.

Na verdade, é grande a chance de que seu telefone celular tenha uma tela feita de LEDs orgânicos, ou OLEDs.

O termo "orgânico" se refere ao fato de que esses novos componentes são fabricados com elementos à base de carbono, geralmente polímeros.

Mas Jer-Wei Chang seus colegas da Universidade Nacional Cheng Kung, em Taiwan, demonstraram que a eletrônica orgânica pode ser muito mais orgânica do que se supunha - ela pode se tornar uma bioeletrônica.

A equipe criou transistores totalmente funcionais usando como elemento dielétrico a clara de ovo, diretamente aplicada no processo produtivo, sem nenhum tratamento a não ser o aquecimento - ou seja, eles usaram clara de ovo frita.

Transístor bioeletrônico

Biomateriais já são utilizados como semicondutores e como dielétricos, mas são materiais sintetizados, obtidos por meio de processos em múltiplas etapas.

"A clara de ovo parece ser o material ideal para a eletrônica orgânica, uma vez que ela é fácil de processar, largamente disponível e de baixo custo," escrevem os pesquisadores.

"O calor transforma a clara de ovo de líquido em um sólido insolúvel, conforme suas proteínas sofrem uma desnaturação irreversível, quebrando suas cadeias lineares para formar redes," explicam eles.

O transístor de efeito de campo bioeletrônico - um BioFET - foi construído depositando a albumina seca sobre óxido de índio titânio e, a seguir, colocando os eletrodos.

O rendimento do BioFET, em termos de corrente de saída, foi quase o dobro dos transistores orgânicos que usam dielétricos de polímero, como o polimetil metacrilato.

Os transistores, de tipo p e n, foram usados para construir inversores e verificar seu funcionamento na prática, o que revelou sua estabilidade.

Bibliografia: Egg white in organic electronics Jer-Wei Chang, Cheng-Guang Wang, Chong-Yu Huang, Tzung-Da Tsai, Tzung-Fang Guo, Ten-Chin Wen SPIE Optics East 2006 Conference Proceedings Vol.: Published online DOI: 10.1117/2.1201203.004149

Share on twitter Twitter

Share on facebook Facebook

Share on orkut Orkut

Share on myspace MySpace

Share on digg 

Nanocola era tudo o que faltava para viabilizar chips 3-D

Nanocola era tudo o que faltava para viabilizar chips 3-D:

Redação do Site Inovação Tecnológica - 12/03/2012

A nova cola é nano porque, em vez de uma película relativamente grossa, a nanocola forma um filme com a espessura de algumas poucas moléculas.[Imagem: Tingrui Pan/UC Davis]

Cola com nanotecnologia
Os avanços da nanotecnologia chegaram às colas e adesivos.
Engenheiros da Universidade da Califórnia, em Davis, nos Estados Unidos, criaram uma nanocola.
Ela é nano porque, em vez de uma película relativamente grossa, a nanocola forma um filme com a espessura de algumas poucas moléculas.
Colagem de processadores
Segundo Yuzhe Ding e seus colegas, ela é ideal para uso na microeletrônica, onde os processadores 3D exigem técnicas inovadoras para a colagem das diversas pastilhas de silício, umas em cima das outras.
Em Setembro do ano passado, a IBM anunciou que estava pronta para colar até 100 núcleos em um processador 3D, mas que, para isso, faltava inventar uma cola adequada.
Parece que a encomenda acaba de ser atendida.
"O próprio material, ou seja, as pastilhas de silício, vão se quebrar antes que a cola se solte," garante o professor Tingrui Pan.
E há outras vantagens: a nanocola pode ser aplicada por impressão e é boa condutora de calor, o que significa que os núcleos empilhados do processador 3-D não ficarão termicamente isolados.
Problema que vira oportunidade
A nanocola é feita com base em um material bem conhecido, o PDMS (polidimetilsiloxano), que geralmente deixa um resíduo ultrafino quando é colocado sobre uma superfície lisa.
Esse resíduo é geralmente um incômodo quando se trabalha com o polímero, mas os pesquisadores imaginaram que essa aderência poderia ser explorada como cola.
Eles então otimizaram as propriedades adesivas do PDMS tratando o resíduo superficial com oxigênio.
Além dos chips, os pesquisadores afirmam que a nanocola também poderá ter aplicações domésticas, principalmente para colar objetos em superfícies lisas, como azulejos.
Bibliografia:

Universal Nanopatternable Interfacial Bonding
Yuzhe Ding, Shaun Garland, Michael Howland, Alexander Revzin, Tingrui Pan
Advanced Materials
Vol.: 23, Issue 46, pages 5551-5556
DOI: 10.1002/adma.201102827

DNA para portas USB

Lançado um sequenciador de DNA para portas USB: O aparelho portátil funciona plugado a uma porta USB, o que permitirá que os médicos carreguem seus próprios sequenciadores de DNA no bolso.

Lei de Moore da genética

O primeiro sequenciamento do DNA de um ser humano, feito pelo Projeto Genoma Humano, custou US$3 bilhões.

Até o ano passado, era possível encontrar o serviço nas páginas amarelas por algo entre US$5 mil e US$10 mil.

Em julho, contudo, sinalizando que as coisas estavam para mudar muito rapidamente, uma empresa anunciou o lançamento de sequenciador de DNA encapsulado em um único chip.

Em Dezembro, outra empresa finalmente apresentou o tão sonhado feito de um sequenciamento do genoma por US$1 mil.

Tudo já parece um tanto antiquado agora, quando um sequenciador de DNA assumiu o formato de um pequeno gadget a ser espetado na porta USB de um computador.

Sequenciador de DNA USB

O pequeno MinION, lançado pela empresa emergente Nanopore, ainda não é capaz de sequenciar genomas humanos, apenas genomas simples, como de vírus e bactérias.

Mas ele sequencia o genoma inteiro desses microrganismos em uma questão de segundos.

A empresa afirma que seu produto terá utilidade imediata no mapeamento do DNA de células em uma biópsia para avaliar o câncer, ou para determinar a "identidade genética" de fragmentos de ossos em escavações arqueológicas, determinando, por exemplo, se são ossos humanos ou animais.

A rigor, o pequeno aparelho pode fazer muito mais.

Imagine, por exemplo, os evasivos diagnósticos das "viroses" sendo substituídos por avaliações precisas.

Ou a identificação das bactérias presentes em uma infecção, possibilitando o uso de antibióticos de ação dirigida, ajudando a evitar o desenvolvimento da resistência bacteriana aos antibióticos de amplo espectro.

Bateria de ar-lítio: carros elétricos com autonomia de 800 km

Bateria de ar-lítio: carros elétricos com autonomia de 800 km:

Cientistas da IBM afirmam ter resolvido um problema fundamental que poderá levar à criação de uma bateria capaz de dar a um carro elétrico uma autonomia de 800 quilômetros

Ansiedade de motorista

Um dos maiores entraves à popularização dos veículos elétricos é a chamada "ansiedade da autonomia".Os motoristas parecem morrer de medo de que a carga da bateria não consiga levá-los até seu destino ou trazê-los de volta para casa.Agora, cientistas da IBM afirmam ter resolvido um problema fundamental que poderá levar à criação de uma bateria capaz de dar a um carro elétrico uma autonomia de 800 quilômetros - o dobro da autonomia da maioria dos carros a gasolina ou etanol.As melhores bateriasdisponíveis atualmente são do tipo íons de lítio, que são boas para telefones celulares, razoavelmente boas para notebooks, mas insuficientes para veículos elétricos, que não conseguem superar os 200 km de autonomia.

Bateria de ar-lítio

Um novo tipo de bateria, chamada bateria de ar-lítio, é muito mais interessante porque sua densidade teórica de energia é 1.000 vezes maior do que as baterias de íons de lítio, o que a coloca praticamente em condições de igualdade com a gasolina.Em vez de usar óxidos metálicos no eletrodo positivo, as baterias de ar-lítio usam carbono, que é mais leve e mais barato, e reage com o oxigênio do ar ambiente para produzir uma corrente elétrica.Mas há um problema: as instabilidades químicas limitam a vida útil das baterias de ar-lítio, que suportam poucos ciclos de carga e descarga - algo impraticável para os veículos elétricos.Agora, Winfried Wilcke e seus colegas dos laboratórios da IBM descobriram a causa dessa rápida degradação: o oxigênio do ar reage não apenas com o eletrodo de carbono, mas também com o eletrólito, a solução condutora que transporta os íons de lítio entre os eletrodos.

A bateria ar-lítio tem um potencial teórico mais de 1.000 vezes superior às baterias mais modernas. [Imagem: Winfried Wilcke/IBM]

Essa reação indesejada deteriora o eletrólito, danificando a bateria.

Eletrólito promissor

Os pesquisadores usaram então um supercomputador para modelar essas reações químicas, em busca de eletrólitos alternativos, que não fossem danificados pela reação com o oxigênio."Nós agora descobrimos um [novo eletrólito] que parece muito promissor," contou Wilcke.

A pesquisa ainda não foi publicada, e os pesquisadores se recusam a dar mais detalhes sobre o novo composto, embora contem que o material funcionou como previsto nos modelos computadorizados "em vários protótipos em escala de laboratório".

Segundo Wilcke, a expectativa é que um protótipo em escala real esteja pronto até 2013.

Mas ainda há um grande desafio antes que as baterias de ar-lítio possam cumprir todas as suas promessas: como lidar com a umidade do ar ambiente, já que o lítio pega fogo espontaneamente quando imerso em água.