Os cientistas têm criado e testado várias nanomáquinas em laboratórios há muito tempo. Na verdade, essas são construções moleculares cuja tarefa é desempenhar alguma função útil: por exemplo, entregar drogas a um órgão doente, identificar um patógeno ou reparar algo. Quando os primeiros nanorrobôs "úteis" aparecerem, eles ajudarão a colonizar Marte e outros planetas?
Essas perguntas foram respondidas por Ben Feringa, professor da Universidade de Groningen, na Holanda. Em 2016, ele, juntamente com o francês Jean-Pierre Sauvage e o escocês Fraser, ganhou o Prêmio Nobel pelo design e criação de máquinas moleculares. “Suas nanomáquinas são feitas de elementos muito comuns, como carbono, nitrogênio ou enxofre. Podemos esperar componentes mais exóticos neles - por exemplo, metais de terras raras ou substâncias radioativas?- Essa pergunta é muito difícil de responder por um motivo simples: ainda não sabemos o que tais construções moleculares podem e não podem fazer. Ao mesmo tempo, apesar das grandes diferenças na estrutura de nossos nanomotores, rotores e outros elementos, todos nós - meu grupo, Stoddart, Sauvage e muitos outros colegas - ainda trabalhamos exclusivamente com moléculas orgânicas. Claro, nada nos impede de imaginar que algo assim pode ser criado usando compostos exclusivamente inorgânicos. Por exemplo, para construir uma conexão complexa e fazê-la, como nossos motores moleculares, girar em torno de seu próprio eixo. Ninguém, no entanto, ainda montou esses nanomotores.
A razão é simples. Graças ao desenvolvimento dos produtos farmacêuticos e da química de polímeros, aprendemos a sintetizar muito rápida e bem compostos complexos que consistem em cadeias de hidrocarbonetos. Tenho certeza de que o mesmo pode ser feito com compostos inorgânicos, mas para fazer isso, primeiro temos que entender como montar essas moléculas.
Quando se trata de isótopos radioativos, não acho que eles jamais farão parte das nanomáquinas. Suas propriedades incomuns e instabilidade provavelmente os tornam inadequados para trabalhar como parte de sistemas moleculares estáveis que usam luz ou eletricidade como fonte de energia.
A este respeito, estamos mais interessados em motores moleculares biológicos, centenas de variedades dos quais estão presentes no corpo humano. Todas são máquinas de proteínas, muitas das quais contêm átomos de metal.
Na maioria das vezes, eles desempenham um papel fundamental nas reações que fazem essas biomáquinas se moverem. Portanto, parece-me que uma combinação de complexos metálicos e compostos orgânicos em torno deles parece a mais promissora.
Este ano estamos comemorando o 150º aniversário da tabela periódica. Você poderia explicar como essa conquista de um século e meio o ajuda a fazer descobertas hoje?
- A tabela periódica e as leis inerentes a ela sempre nos ajudam a avaliar como os diferentes tipos de átomos vizinhos se comportam e a prever as propriedades de alguns compostos.
Por exemplo, alguns tipos de nossos motores têm átomos de oxigênio embutidos. Graças à tabela, entendemos que o enxofre será semelhante a ele em suas propriedades, mas ao mesmo tempo é um pouco maior em tamanho. Isso nos permite controlar de forma flexível o comportamento dessas máquinas moleculares, trocando oxigênio por enxofre e vice-versa.
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Isso, é claro, não termina com nossas capacidades de previsão. Existem muitas outras leis recentemente descobertas que permitem prever algumas das características das nanomáquinas.
Por outro lado, duvido que possamos criar algo como uma tabela periódica para tais nanoestruturas. Aqui nós, se possível em princípio, não temos conhecimento suficiente.
Portanto, podemos prever aproximadamente como os motores moleculares de diferentes tamanhos, semelhantes em estrutura, se comportarão, mas não podemos fazer isso para sistemas radicalmente diferentes ou projetar algo do zero sem conduzir experimentos.
Você disse recentemente que os primeiros nanorrobôs completos aparecerão em cerca de cinquenta anos. Por outro lado, há apenas um ano e meio, a primeira "corrida" dessas nanomáquinas ocorreu na França. A que distância estamos do surgimento de nanodispositivos autônomos?
- Deve ser entendido que todas as máquinas moleculares existentes hoje são muito primitivas tanto em estrutura quanto em propósito. Na verdade, tanto o nosso carro, que montamos em 2011, quanto esses "carros de corrida" foram criados não para resolver problemas práticos, mas para satisfazer a curiosidade.
Nós e nossos colegas estamos desenvolvendo tais dispositivos para resolver problemas muito simples - estamos tentando descobrir como fazer as moléculas se moverem em uma direção ou outra, parar e executar outros comandos simples. Este é um problema interessante, mas puramente acadêmico.
O próximo passo é muito mais difícil e sério. É importante entender se é possível engajá-los em tarefas verdadeiramente práticas: transportar mercadorias, montar em estruturas mais complexas e responder a estímulos externos.
Por exemplo, nanomáquinas podem ser usadas para criar janelas inteligentes que respondem aos níveis de iluminação da rua e podem se consertar; antibióticos que funcionam apenas quando um determinado produto químico ou sinal luminoso aparece. Essas coisas, parece-me, aparecerão muito antes do que você pensa - nos próximos dez anos.
* Nanobolida * na pista de corrida de um substrato de cobre.
A criação de nanorrobôs completos, capazes de realizar operações dentro do corpo ou resolver problemas complexos, é claro, levará mais tempo. Mas eu, novamente, tenho certeza de que podemos fazer isso também. Existem inúmeros robôs desse tipo no corpo humano, e nada nos impede de construir suas cópias artificiais.
Por outro lado, nós, como já disse mais de uma vez, estamos agora no mesmo nível de desenvolvimento que a humanidade na época dos irmãos Wright. Primeiro, precisamos decidir o que e por que criaremos e, em seguida, pensar em como fazê-lo.
Parece-me que você não deve copiar sem pensar o que a natureza inventou. Às vezes, sistemas completamente artificiais, como aviões ou chips de computador, são muito mais fáceis de criar do que os análogos de uma asa ou cérebro humano.
Em outros casos, é mais fácil pegar o que os organismos vivos já criaram, por exemplo, alguns anticorpos, e anexar um medicamento ou parte de uma nanomáquina a eles. Abordagens semelhantes já estão sendo usadas na medicina. Portanto, não se pode afirmar de forma inequívoca que algum deles será mais promissor e correto para todas as aplicações possíveis dos nanorrobôs.
Nos últimos anos, surgiram duas "classes" de nanomáquinas - estruturas relativamente simples que recebem energia de fora, e estruturas mais complexas, análogos completos dos motores, capazes de produzi-la de forma independente. Quais estão mais próximos da realidade?
- Os motores químicos, um tanto semelhantes aos análogos das células vivas, realmente começaram a aparecer. Recentemente, criamos vários dispositivos semelhantes em nosso laboratório.
Por exemplo, conseguimos montar uma nanomáquina capaz de usar glicose e peróxido de hidrogênio como combustível e transportar nanotubos, nanopartículas e outras estruturas pesadas em qualquer direção.
É difícil dizer o quão promissores eles são - tudo depende das tarefas a serem resolvidas. Se precisamos organizar o "transporte" de algumas moléculas, então elas são ideais para isso. Para criar janelas inteligentes ou outros gadgets, por sua vez, você já precisa procurar outro material.
Além disso, ainda não entendemos o que exatamente estamos perdendo, que análogos de máquinas clássicas podem ser criados usando moléculas e para onde toda a nossa esfera se moverá em geral. Na verdade, apenas começamos a desenvolvê-lo. Até agora, apenas uma coisa está clara - nanomáquinas diferem de biomaquinas em nossas células e de suas “irmãs mais velhas” no macrocosmo.
Se falamos de um futuro distante, é possível usar máquinas moleculares capazes de se copiarem para resolver problemas globais, por exemplo, para conquistar Marte ou outros planetas?
- É difícil para mim falar de outros mundos, pois esse assunto vai muito além da minha competência. No entanto, acho que é improvável que as nanomáquinas sejam usadas para esses fins em primeiro lugar. Quando estamos tentando dominar algum ambiente novo e muito hostil, precisamos de uma tecnologia muito confiável, não algo experimental.
Portanto, parece-me que essas máquinas terão primeiro aplicação na Terra. Podemos dizer que isso já está acontecendo: nos últimos anos, os químicos criaram centenas de estruturas muito complexas de muitas moléculas, as chamadas estruturas supramoleculares, que podem se ligar seletivamente a certos íons e ignorar todo o resto.
Por exemplo, meu colega Francis Stoddart fundou recentemente uma startup na qual desenvolve complexos que podem extrair ouro de resíduos de mineração e depósitos de estéril. No passado, a criação de tais compostos teria sido considerada a fantasia dos alquimistas.
Falar sobre nanomáquinas geralmente causa medo genuíno entre o público, temendo que futuros robôs microscópicos destruirão a civilização e toda a vida na Terra. É possível lutar contra isso de alguma forma?
“Esses problemas têm muito a ver com Creation Machines: The Coming Era of Nanotechnology, escrito por Eric Drexler em 1986. O cenário da morte da humanidade em decorrência da autopropagação do "muco cinza" nela apresentado é hoje conhecido por quase todos.
Na verdade, não há nada incomum aqui - ao criar novas nanomáquinas, tomamos os mesmos cuidados que tomamos ao trabalhar com produtos químicos novos e potencialmente tóxicos.
Nesse aspecto, os componentes dos nanorrobôs não diferem em seu potencial destrutivo dos “blocos de construção” a partir dos quais as moléculas de novas drogas, polímeros, catalisadores e outros produtos químicos “comuns” são montados.
Como qualquer outra droga ou produto alimentício, essas estruturas moleculares terão que passar por um grande número de testes de segurança que mostrarão se podem se "rebelar" e destruir a humanidade.
Na verdade, não há nada de surpreendente em tais medos - as pessoas estão acostumadas a ter medo de algo novo e incomum. A cada década há uma nova "história de terror" do mundo da física, química ou biologia, que substitui as coisas a que já estamos acostumados. Agora, por exemplo, está na moda temer e criticar o editor genômico e a inteligência artificial CRISPR / Cas9.
O que os cientistas devem fazer? Parece-me que nossa tarefa é simples: devemos ajudar o público a descobrir o que é verdadeiro e o que é ficção. É importante entender os benefícios práticos dessas novas descobertas e onde reside o perigo real.
Por exemplo, se as pessoas entenderem que o CRISPR / Cas9 pode curá-las de doenças associadas a defeitos genéticos, ou aumentar a produtividade das plantas, elas terão menos motivos para temer essa tecnologia. O mesmo vale para as nanomáquinas do futuro.
