Novos dispositivos em estudo na UFSCar têm aplicações que vão de fármacos à computação quântica

Trabalhos divulgados em revistas do grupo Nature têm a participação de pesquisadores ligados ao Centro de Desenvolvimento de Materiais Funcionais – um CEPID da FAPESP

Agência FAPESP – Dois artigos publicados em revistas do grupo Nature, de autoria de cientistas do Brasil, Estados Unidos, China, Singapura, Japão, França e Israel, apresentam resultados de tecnologias no campo da espectrofotometria que abrem caminhos para aplicações que vão de controle de qualidade de suplementos nutricionais e medicamentos, passando pelo diagnóstico de doenças, até computação quântica e desenvolvimento de mecanismos de visão de máquina.

No primeiro desses artigos, publicado em Nature Nanotechnology, o grupo, que inclui pesquisadores vinculados à Universidade Federal de São Carlos (UFSCar) e ao Centro de Desenvolvimento de Materiais Funcionais (CDMF), desenvolveu um sensor capaz de medir a polarização circular da luz, de modo semelhante ao mecanismo de visão de alguns animais.

O CDMF é um Centro de Pesquisa, Inovação e Difusão (CEPID) da FAPESP sediado na UFSCar.

Composto de uma membrana muito fina recoberta por nanopartículas de ouro, que, por sua vez, são tratadas com o aminoácido quiral fenilalanina, o dispositivo é capaz de absorver luz circularmente polarizada no sentido horário ou no anti-horário e transformar essa informação em informação elétrica e, depois, em corrente.

“Uma câmera de vídeo, por exemplo, absorve a luz e a transforma em informação sobre intensidade e cor. O novo dispositivo acrescenta mais um tipo de informação, que é a polarização da luz, transformando-a em informação elétrica”, explica André Farias Moura, docente da UFSCar. “A luz polarizada passa a ser, então, uma informação a mais que eu posso carregar pela fibra óptica, por exemplo, e esse é um avanço importante para os materiais optoeletrônicos do futuro”, complementa.

O pesquisador também indica que a compreensão de como alguns animais conseguem detectar a polarização da luz pode ajudar no desenvolvimento de mecanismos de visão de máquina. “Já existem metamateriais capazes de detectar luz circularmente polarizada, mas eles são difíceis de produzir e não funcionam adequadamente em todas as condições”, esclarece Moura.

Quiralidade

No segundo artigo, publicado na revista Nature Photonics, o grupo de pesquisadores reporta como o uso de um tipo específico de radiação, em terahertz, frequência de luz na faixa do infravermelho, foi bem-sucedido na identificação de diferenças físicas e químicas entre formulações aparentemente idênticas.

A aplicação da radiação às biomoléculas quirais causa vibrações na sua estrutura muito específicas, como uma impressão digital de cada estrutura quiral, que os pesquisadores conseguiram registrar e medir.

A quiralidade é um atributo geométrico de objetos, incluindo algumas moléculas, cuja estrutura tem distribuição espacial que impede a sobreposição à sua imagem refletida em um espelho. Macroscopicamente, um exemplo conhecido são as nossas mãos direita e esquerda. Microscopicamente, pode-se dizer que a vida é quiral, pois moléculas essenciais como aminoácidos e açúcares apresentam quiralidade.

Além do controle de qualidade na indústria de suplementos ou fármacos, outra potencial aplicação da tecnologia testada é no diagnóstico de algumas doenças em que moléculas quirais são definidoras, como na análise da composição de cálculos renais ou na detecção do acúmulo das placas amiloides associadas ao surgimento de Alzheimer.

Além de permitir a caracterização de estruturas quirais, a aplicação da radiação também pode influenciá-las. “A radiação em terahertz pode vir a substituir micro-ondas na síntese de moléculas em que a orientação é importante. Também existe a hipótese de que a vibração provocada torne nanofibras que causam doenças mais vulneráveis às intervenções médicas”, lista Moura.

As pesquisas contaram com financiamento da FAPESP, da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (Capes) e do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq).

O artigo Polarization-sensitive optoionic membranes from chiral plasmonic nanoparticles, publicado em Nature Nanotechnology, pode ser encontrado em: www.nature.com/articles/s41565-022-01079-3.

E o artigo Chiral phonons in microcrystals and nanofibrils of biomolecules, da revista Nature Photonics, está acessível em: www.nature.com/articles/s41566-022-00969-1.

*Com informações da Coordenadoria de Comunicação Social da UFSCar.