Boa noite meus queridos leitores, a biotecnologia é uma das áreas mais estudadas e manipuladas pelos cientistas principalmente desde o período da 2º Guerra Mundial. Agora os nanotubos de carbono estão sendo aplicados à biotecnologia para desenvolverem-se biomateriais e biossistemas que até há pouco tempo pertenciam apenas aos sonhos dos pesquisadores. Hoje irei abordar as principais áreas da biotecnologia desenvolvidas em conjunto com os nanotubos, que vão desde pele até a neurônios artificiais. Vamos lá!!
Os Nanotubos de Carbono e a Biotecnologia
Tecidos artificiais com nanotubos de carbono
Uma equipe de cientistas australianos e coreanos liderados pelos professores Geoffrey M. Spinks e Seon Jeong Kim criou um novo material esponjoso, altamente poroso, cujas propriedades mecânicas assemelham-se muito com a suavidade dos tecidos biológicos. O novo material é formado por uma redede fitas de DNA e de nanotubos de carbono entrelaçados.
Andaime biológico
Os tecidos moles do corpo humano, tais como tendões, músculos, artérias, pele e outros órgãos, obtêm seu suporte mecânico de uma matriz extracelular formada por uma rede de nanofibras de proteínas, onde proteínas com diferentes morfologias geram tecidos com diferentes "durezas".
Os pesquisadores desenvolveram uma técnica para produzir uma matriz de suporte artificial que troca as proteínas por nanotubos de carbono em uma espécie de "andaime" onde as células dos tecidos poderão crescer.
O processo de entrelaçamento entre as fitas de DNA e os nanotubos de carbono acontece na presença de um líquido iônico, o que gera um gel.
Quando solução resultante posta sobre uma superfície se seca, origina-se um material com uma estrutura altamente porosa, constituída por uma rede de nanofibras interconectadas com apenas 50 nanômetros de largura. Ao ser mergulhado em uma solução de cloreto de cálcio, as fitas de DNA se entrecruzam, tornando as nanofibras mais densas e mais fortemente conectadas. A pesquisa prosseguirá, com testes sobre a biocompatibilidade e a análise da toxicidade do material, sobretudo pela presença dos nanotubos de carbono em sua composição.
Músculos artificiais superfortes e super-rápidos
Uma pesquisa, realizada na Universidade de Dallas, nos Estados Unidos, e que contou com a participação do físico brasileiro Alexandre Fontes da Fonseca , criou um tipo radicalmente novo de músculo artificial, unindo nanotubos de carbono e aerogel, o sólido mais leve que existe. O novo músculo artificial tem ação super-rápida e pode ser utilizado em temperaturas extremas.
Os músculos artificiais sempre foram vistos como alternativas para a movimentação de robôs, pois são leves e consomem pouca energia. Entretanto, a lentidão do seu funcionamento sempre os descredibilizou.
Agora, os novos músculos artificiais podem funcionar em temperaturas extremas, que vão desde os -196° C até acima do ponto de fusão do ferro a 1538° C, distendendo-se 10 vezes mais do que um músculo humano e, em uma velocidade 1.000 vezes maior e desempenhando 30 vezes mais força do que um músculo natural de mesma espessura.
Esses músculos artificiais revolucionários são feitos com folhas de um aerogel contendo nanotubos de carbono alinhados verticalmente.
O material resultante é transparente e com uma densidade semelhante à do ar, devido à leveza do aerogel, mas com uma resistência específica maior do que a do aço.
Os pesquisadores afirmam que os seus músculos artificiais deverão incrementar o campo da robótica espacial, graças ao seu funcionamento em ambientes extremos, uma situação comum no espaço.
Inteligência artificial com nanotubos de carbono
Em 2006, a equipe da professora Alice Parker, da Universidade da Califórnia, nos Estados Unidos, que começou a trabalhar com a possibilidade de desenvolver um córtex sintético, uma plataforma onde a forma de funcionamento do cérebro humano poderá ser imitada de forma artificial.
Neurônios artificiais
A equipe está criando os primeiros neurônios artificiais, minúsculas estruturas feitas com nanotubos de carbono, capazes comunicar-se uns com os outros, e certamente o próximo passo não será um cérebro funcional.
Antes disso, os neurônios sintéticos poderão ser usados em próteses cerebrais, ou combinados em redes para efetuar processamentos mais rapidamente do que os computadores convencionais, com uma lógica do tipo von Neumann.
Cada vez que um neurônio é acionado, ele envia um sinal eletroquímico para milhares de outros neurônios ao seu redor. Com aproximadamente 100 bilhões de neurônios no córtex humano, o que resulta em algo como 60 trilhões de conexões sinápticas, demonstrando como o cérebro é uma estrutura maciçamente interconectada.
Esquema do neurônio artificial, construído com transistores de nanotubos de carbono.
Neurônios transistorizados
"O cérebro é uma espécie de fábrica bioquímica, operando em uma esfera que você não pode esticar sobre circuitos integrados e placas de circuito impresso a fim de emular toda a sua atividade elétrica," explica a professora Parker.
"A conectividade é imensa e existem muitos 'delays'. Nós tivemos que nos voltar para a nanotecnologia para construir algo tridimensionalmente, para que eventualmente nós sejamos capazes de emular como os neurônios disparam e ativam os outros ao longo de uma rota específica dentro daquela esfera."
O resultado é um neurônio artificial projetado tridimensionalmente, como se fosse um transístor 3D, construído com peças nanoscópicas de carbono. Usando o projeto, os pesquisadores agora se preparam para construir o primeiro chip usando os seus "neurônios transistorizados" de carbono.
Usando o chip a ser construído, os pesquisadores planejam testar a conexão entre os neurônios sintéticos e sua interconectividade, verificando o funcionamento de suas sinapses artificiais.
Mas seria possível construir um cérebro artificial?
Parker enfatiza que a sinapse desenvolvida ainda é bastante simplificada e que o desenvolvimento real de um cérebro artificial está há décadas de distância.
O próximo desafio porém, rumo a esse objetivo, será reproduzir a plasticidade cerebral nos circuitos. O cérebro humano produz novos neurônios continuamente e adapta-se ao longo da vida e reproduzir este processo usando circuitos analógicos será uma tarefa monumental, segundo a pesquisadora.
Contudo, certamente os resultados serão proporcionais ao esforço, pois o entendimento do processo que fundamenta a inteligência humana terá implicações de longo alcance, incluindo o desenvolvimento de próteses biomecatrônicas, capazes de curar lesões cerebrais, ou o desenvolvimento de novas formas de inteligência, tais como automóveis auto-operados ou até mesmo supercomputadores menores, infinitamente mais ágeis e de interfácie muito mais simples.
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