Os cientistas chegaram perto de criar nanorrobôs. Existem materiais para isso: nanopartículas, nanotubos, grafeno, proteínas diversas. Todos eles são muito frágeis - para estudá-los, são necessários microscópios novos, mais avançados, que não danifiquem o dispositivo durante o processo de pesquisa.
Os nanorrobôs podem ser úteis em muitas áreas da vida humana, principalmente na medicina. Imagine minúsculos dispositivos inteligentes que funcionam silenciosamente dentro de nós, controlam vários parâmetros, transmitindo dados em tempo real diretamente para o smartphone do médico. Esse robô deve ser feito de um material biocompatível que não seja rejeitado pelo corpo, ele também precisa de uma fonte de energia e memória.
A bateria não vai ajudar aqui, pois aumenta o tamanho do aparelho, e não é fácil encontrar um material biocompatível para ele. O problema é resolvido com o auxílio de piezoelétricos - materiais que geram energia quando aplicados mecanicamente sobre eles, como a compressão. Há também o efeito oposto - em resposta à ação de um campo elétrico, as estruturas feitas de materiais piezoelétricos mudam de forma.
Nanorrobôs piezoelétricos biocompatíveis podem ser lançados nos vasos sanguíneos e convertem sua pulsação em eletricidade. Outra opção é alimentar os dispositivos movendo articulações e músculos. Mas então os nanorrobôs não serão capazes de agir constantemente, ao contrário daqueles nos vasos.
Em qualquer caso, para os nanorrobôs, é necessário selecionar materiais adequados e determinar exatamente quanta pressão deve ser aplicada ao dispositivo para gerar um impulso elétrico nele.
Relações Atômicas
Uma imagem tridimensional de um objeto ou superfície em nanoescala é obtida usando um microscópio de força atômica. Funciona da seguinte forma: átomos em qualquer substância interagem entre si e de maneiras diferentes, dependendo da distância. A grandes distâncias, eles se atraem, mas à medida que se aproximam, as camadas de elétrons dos átomos se repelem.
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“Uma agulha de sonda com uma ponta de 1-30 nanômetros de diâmetro se aproxima da superfície da amostra. Assim que chegar perto o suficiente, os átomos da sonda e o objeto em estudo começarão a se repelir. Como resultado, o braço elástico, ao qual a agulha está presa, se dobrará”, diz Arseniy Kalinin, desenvolvedor-chefe da NT-MDT Spectrum Instruments.
A agulha se move ao longo da superfície e qualquer diferença de altura altera a curvatura do console, que é registrada por um sistema óptico ultrapreciso. Conforme a sonda passa sobre a superfície, o software registra todo o relevo e constrói um modelo 3D dele. Como resultado, uma imagem é formada na tela do computador, que pode ser analisada: para medir a rugosidade geral da amostra, os parâmetros dos objetos na superfície. Além disso, isso é feito em um ambiente natural para as amostras - líquido, vácuo, em diferentes temperaturas. A resolução horizontal do microscópio é limitada apenas pelo diâmetro da ponta da sonda, enquanto a precisão vertical de bons instrumentos é de dezenas de picômetros, que é menor que o tamanho de um átomo.
A agulha de um microscópio de força atômica analisa a amostra / ITMO University Press Service.
Por 30 anos de desenvolvimento da microscopia de força atômica, os cientistas aprenderam a determinar não apenas o relevo da superfície da amostra, mas também as propriedades do material: mecânica, elétrica, magnética, piezoelétrica. E todos esses parâmetros podem ser medidos com a mais alta precisão. Isso tem contribuído muito para o progresso da ciência dos materiais, nanotecnologia e biotecnologia.
Os biólogos também estão no mercado
A medição de parâmetros piezoelétricos é uma característica única de um microscópio de força atômica. Por muito tempo, foi usado apenas para o estudo de piezoelétricos de estado sólido. O fato é que os objetos biológicos são bastante moles, a ponta da sonda os danifica facilmente. Como um arado, ele ara a superfície, desloca e deforma a amostra.
Recentemente, físicos da Rússia e de Portugal descobriram como fazer uma agulha de microscópio de força atômica que não danificaria uma amostra biológica. Eles desenvolveram um algoritmo segundo o qual a sonda, ao se mover de um ponto a outro, se afasta da superfície apenas o suficiente para não interagir com ela de forma alguma. Em seguida, ele toca no assunto em estudo e se levanta novamente, indo para o próximo ponto. Claro que a agulha ainda pode pressionar um pouco a superfície, mas essa é uma interação elástica, após a qual um objeto, seja uma molécula de proteína ou uma célula, é facilmente restaurado. Além disso, a força de pressão é controlada por um programa especial. Essa tecnologia permite estudar uma estrutura piezoelétrica biocompatível sem danificá-la.
“O novo método é aplicável a qualquer microscópio de força atômica, desde que haja uma eletrônica de alta velocidade especialmente projetada que processe a resposta piezoelétrica do console e um software que converta os dados em um mapa. Uma leve tensão é aplicada à agulha. O campo elétrico atua na amostra e a sonda lê sua resposta mecânica. O feedback é semelhante, então podemos descobrir como comprimir um objeto para que ele responda com o sinal elétrico desejado. Isso dá ao pesquisador uma ferramenta para pesquisar e estudar novas fontes de alimentos biocompatíveis”, explica Kalinin.
