Materiais Avançados

Moléculas giroscópicas formam cristais sólidos cheios de movimento

Redação do Site Inovação Tecnológica -  16/01/2018

A molécula gira a até 50 bilhões de RPS (rotações por segundo). [Imagem: Kendall Houk Laboratory/UCLA]

Máquina molecular

Fazer nanomáquinas para atuarem dentro do corpo humano e curarem doenças é uma grande ideia, mas é mais fácil imaginar do que fazer.

Máquinas como geralmente as concebemos dependem de peças móveis rígidas, o que é difícil de fazer com estruturas biológicas, tipicamente moles e macias - e molhadas.

Os cristais sólidos são alternativas interessantes para construir mecanismos. O problema é que as moléculas em seu interior estão tão juntas que não há espaço para qualquer movimento. Isso significa que, apesar de sua força e durabilidade, os cristais têm sido ignorados quanto a qualquer função possível como máquinas moleculares.

Mas isso agora vai mudar, graças a um cristal com moléculas livres, que giram como se fossem giroscópios. O cristal é externamente sólido, mas contém partes móveis em seu interior, o que poderá ser explorado para a fabricação de nanomáquinas.

Anfidinâmico

O novo cristal é a primeira prova de que um único material pode ser ao mesmo tempo estático e móvel - ou anfidinâmico.

"Pela primeira vez, temos um sólido cristalino com elementos que podem se mover tão rápido dentro do cristal quanto o fariam no espaço livre," disse o professor Miguel Garcia Garibay, da Universidade da Califórnia em Los Angeles.

A equipe começou construindo modelos grandes de bússolas e giroscópios, tentando ver como as moléculas deveriam se parecer para poderem se mover. Outras exigências eram que a casca externa onde a molécula se aloja deveria ser forte o suficiente para manter sua forma em torno de uma área de espaço vazio e o componente rotativo deveria ser o mais próximo possível do formato esférico.

Após algumas tentativas e erros, a equipe projetou uma estrutura que funcionou: uma concha metalorgânica contendo íons metálicos e uma estrutura de carbono em torno de uma molécula esférica chamada biciclo-octano. O composto resultante - ácido dicarboxílico 1,4-biciclo [2.2.2]octano, uma estrutura metal-orgânica que os pesquisadores chamaram de BODCA-MOF - comportou-se como um material anfidinâmico.

E não apenas isso. As simulações computacionais do cristal confirmaram o que os experimentos estavam mostrando: as esferas do BODCA giram constantemente a até 50 bilhões de rotações por segundo.

Tendo comprovado que esse mecanismo pode existir, os pesquisadores agora planejam tentar introduzir novas propriedades no composto que permitam que um estímulo elétrico, magnético ou químico altere o movimento das moléculas girantes, permitindo tirar proveito do seu movimento.

Bibliografia:

Ultrafast rotation in an amphidynamic crystalline metal organic framework
Cortnie S. Vogelsberg, Fernando J. Uribe-Romo, Andrew S. Lipton, Song Yang, K. N. Houk, Stuart Brown, Miguel A. Garcia-Garibay
Proceedings of the National Academy of Sciences
Vol.: 114 (52) 13613-13618
DOI: 10.1073/pnas.1708817115