Captação de energia solar com nanoestruturas que reproduzem o negrume de asas de borboletas

Algumas borboletas apresentam asas pretas que podem coletar energia solar com uma eficiência impressionante. A energia luminosa coletada pode ser transformada em energia térmica para o aquecimento da borboleta, podendo assim mantê-la metabolicamente ativa mesmo sob tempo frio. É o caso da Papilio helenus, apresentada na figura abaixo.

Papilio helenus

Em um trabalho apresentado em encontro recente da American Chemical Society, o pesquisador Tongxiang Fan, Ph.D. entrou no rol de cientistas que se inspiraram em exemplos da natureza para desenvolver dispositivos nanotecnológicos. Este tipo de inspiração  já rendeu frutos interessantes em diversas áreas, como este próprio blog já discutiu anteriormente. No caso das asas de borboleta, os cientistas observaram que a presença de melanina, um pigmento presente em diversos organismos - inclusive no nosso - não era a única responsável pela alta eficiência de coleta de energia solar pela asa. Um aspecto micro- e nanoestrutural das asas ajudava, e muito, nesta tarefa: a presença de escamas dotadas de canais que absorvem luz intensamente. A nanoestrutura destes canais faz com que a luz visível e outras ondas de comprimentos superiores sejam intensamente absorvidas. Além disso, nas bordas dos conjuntos de canais estão localizados refletores paralelos que ajudam a "guiar" a luz para dentro dos canais! A imagem abaixo mostra a estrutura microscópica da superfície da asa da borboleta Papilio helenus. Repare o negrume profundo de suas asas.

Crédito: American Chemical Society

Os cientistas usaram o que aprenderam com as borboletas para produzir células de captação solar, no estilo das anteriormente discutidas aqui, utilizando dióxido de titânio e platina nanoestruturados de maneira semelhante à encontrada nas asas. Resultado? A eficiência do aproveitamento da energia solar dobrou em relação ao material convencional!

Novas nanopartículas furtivas. Os lobos vestidos de ovelha.

Aumentar o tempo de permanência de nanopartículas na circulação sanguínea é um desafio que vem consumindo o tempo de pesquisadores há décadas. Algumas terapias, para serem eficazes, dependem de longos tempos de circulação da nanoestrutura contendo o fármaco. Por exemplo, o acúmulo de nanoestruturas em um tumor depende, dentre outras variáveis importantes, de quantas vezes estas "bolinhas" passam pelos vasos sanguíneos que irrigam este tecido.

Um fenômeno responsável de maneira decisiva pela redução do tempo de circulação de nanopartículas é o reconhecimento destas pelo sistema imunitário (principalmente pelo sistema retículoendotelial, um poderoso conjunto de células fagocíticas). Nada excepcional, visto que corpos estranhos circulantes, tais como bactérias e fungos, devem ser prontamente removidos do organismo para manter sua homeostase, seu funcionamento normal. Como a natureza não contava com nossas intervenções terapêuticas, ela não poupa nossas maravilhas medicinais assim como não poupa uma bactéria circulante em nosso sangue.

Nanopartículas furtivas ao sistema imunitário foram então desenvolvidas.

Atualmente, as nanopartículas recobertas com PEG (polietilenoglicol) têm sido apontadas como o padrão-ouro da furtividade nanotecnológica, digamos assim. Mas seus dias no topo estão contados devido a dois fatores: 1) elas não são perfeitas, já foi relatado que o sistema imunitário é capaz sim de reconhecê-las em algumas situações; 2) nanopartículas furtivas aprimoradas estão surgindo nos últimos anos.

Uma nova classe de nanopartículas furtivas que possui grande potencial para tornar-se uma realidade em medicamentos do futuro surgiu na University of California e foi descrita recentemente na literatura. Este tipo de nanopartícula poderia ser chamada talvez de, vejamos uma analogia, lobo vestido de ovelha! Por que não?

Eritrócitos humanos. Encontrar o lobo no meio deste rebanho fica difícil se o vestirmos de ovelha. Difícil até para o sistema imunitário.

Os pesquisadores da University of California utilizaram membranas de eritrócitos (as células vermelhas do sangue) para recobrir nanopartículas poliméricas. A estratégia deu certo. As nanopartículas finais tiveram diâmetro de 70 nm com uma capa de 7 nm formada pela membrana que as recobria. Os pesquisadores observaram que estas nanopartículas dificilmente são reconhecidas pelo sistema imunitário e, por isso, possuem um longo tempo de vida na circulação sanguínea – chegando a ser maior mesmo em relação ao até então padrão-ouro, as nanopartículas revestidas com PEG. Algumas precauções devem ser tomadas no desenvolvimento destas nanopartículas e a principal delas é o uso de membranas de eritrócitos do mesmo tipo sanguíneo do posterior receptor destas (paciente, animal de pesquisa).

Fonte: C.-M. Hu (2011) Proc. Natl. Acad. Sci. USA, doi: 10.1073/pnas.1106634108