SCD, 08/08/2022
Poderia deixar os computadores trabalharem em velocidade de dobra, economizar energia e até fazer trens voarem.
Os cientistas usaram o DNA para superar um obstáculo quase intransponível à engenharia de materiais que revolucionará a eletrônica. Publicado na revista Science em 28 de julho, o trabalho foi realizado por pesquisadores da Faculdade de Medicina da Universidade da Virgínia e seus colaboradores.
Um resultado possível desses materiais projetados poderia ser supercondutores, que têm resistência elétrica zero, permitindo que os elétrons fluam sem impedimentos. Isso significa que, ao contrário dos meios atuais de transmissão elétrica, eles não perdem energia e não geram calor. O desenvolvimento de um supercondutor que poderia ser amplamente utilizado em pressões normais e temperatura ambiente – em vez de temperaturas extremamente altas ou baixas, como agora é possível – pode levar a muitas maravilhas tecnológicas. Isso inclui computadores hiper-rápidos, diminuindo o tamanho dos dispositivos eletrônicos, permitindo que trens de alta velocidade flutuem em ímãs e reduzam o uso de energia e muito mais.
Um desses supercondutores foi proposto pela primeira vez pelo físico de Stanford William A. Há pouco mais de 50 anos. Os cientistas passaram décadas tentando fazê-lo funcionar. No entanto, mesmo depois de validar a viabilidade de sua ideia, eles ficaram com um desafio que parecia impossível de superar. Até agora.
Edward H. Egelman, PhD, do Departamento de Bioquímica e Genética Molecular da UVA, tem sido um líder no campo da microscopia crio-eletrônica (crio-EM), e ele e Leticia Beltran, uma estudante de pós-graduação em seu laboratório, usaram crio- Imagens EM para este projeto aparentemente impossível. “Isso demonstra”, disse ele, “que a técnica crio-EM tem um grande potencial na pesquisa de materiais”.
Engenharia no nível atômico
Uma maneira possível de realizar a ideia de Little para um supercondutor é modificar as redes de nanotubos de carbono. São cilindros ocos de carbono tão pequenos que devem ser medidos em nanômetros – bilionésimos de metro. No entanto, havia um grande desafio: controlar as reações químicas ao longo dos nanotubos para que a estrutura pudesse ser montada com a precisão necessária e funcionar como pretendido.
Egelman e seus colegas encontraram uma resposta nos próprios blocos de construção da vida. Eles pegaram o DNA, o material genético que diz às células vivas como operar, e o usaram para guiar uma reação química que superaria a grande barreira do supercondutor de Little. Em suma, eles usaram a química para realizar engenharia estrutural surpreendentemente precisa – construção no nível de moléculas individuais. O resultado foi uma rede de nanotubos de carbono montados especificamente conforme necessário para o supercondutor de temperatura ambiente de Little.
“Este trabalho demonstra que a modificação ordenada de nanotubos de carbono pode ser alcançada aproveitando o controle da sequência de DNA sobre o espaçamento entre os locais de reação adjacentes”, disse Egelman.
Por enquanto, a rede que eles construíram não foi testada quanto à supercondutividade. No entanto, oferece uma prova de princípio e tem um grande potencial para o futuro, dizem os pesquisadores. “Embora a crio-EM tenha emergido como a principal técnica em biologia para determinar as estruturas atômicas de conjuntos de proteínas, ela teve muito menos impacto até agora na ciência dos materiais”, disse Egelman, cujo trabalho anterior levou à sua indução na Academia Nacional de Ciências, uma das maiores honras que um cientista pode receber.
Egelman e seus colaboradores dizem que sua abordagem guiada por DNA para a construção de treliças pode ter uma ampla variedade de aplicações úteis de pesquisa, especialmente em física. Mas também valida a possibilidade de construir o supercondutor de temperatura ambiente de Little. O trabalho dos cientistas, combinado com outros avanços em supercondutores nos últimos anos, pode transformar a tecnologia como a conhecemos e levar a um futuro muito mais “Star Trek”.
“Embora muitas vezes pensemos em biologia usando ferramentas e técnicas da física, nosso trabalho mostra que as abordagens desenvolvidas na biologia podem realmente ser aplicadas a problemas de física e engenharia”, disse Egelman. “Isso é o que é tão emocionante sobre a ciência: não ser capaz de prever para onde nosso trabalho levará.”
Descobertas publicadas
Os pesquisadores publicaram suas descobertas na revista Science. A equipe consistia em Zhiwei Lin, Leticia Beltran, Zeus A. De los Santos, Yinong Li, Tehseen Adel, Jeffrey A Fagan, Angela Hight Walker, Egelman e Ming Zheng.
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