Sobre como usar vírus para construir nanoestruturas projetadas pelo homem

Deixo aqui a bela apresentação realizada pela Sra. Angela Belcher, PhD, pesquisadora do MIT (Instituto de Tecnologia de Massachusetts), sobre vírus programados geneticamente para nanoestruturar materiais úteis à construção de células de captação de energia solar e bateriais com eficiência recorde.

O vídeo e a matéria da BBC contendo a apresentação podem ser acessados com um clique aqui.

Este mesmo assunto já foi tema de uma postagem deste blog. Clique aqui para acessá-la.


Fonte: BBC

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!

Vírus organizam nanotubos para transformar energia solar em elétrica

A nanotecnologia tem sido uma farta mina de novidades aproveitada por pesquisadores para trazer à luz inovações para um mundo sustentável. A utilização direta da energia solar é apontada por muitos estudiosos como a solução definitiva para vários dos problemas relacionados às nossas fontes energéticas atuais. Células nanoestruturadas que convertem energia solar em energia elétrica, particularmente, têm sido intensamente exploradas no plano das pesquisas acadêmicas e industriais.

A energia solar pode ser convertida por células fotovoltaicas em energia elétrica.  Muita energia disponível, mas nenhum dispositivo eficiente o bastante para tornar essa tecnologia economicamente viável.

Uma das mais recentes novidades do mundo nano para as células solares acaba de ser publicada. Pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (o famoso MIT estadunidense) estão aproveitando vírus geneticamente modificados para produzir células solares baseadas em nanotubos de carbono (quer mais sobre os nanotubos de carbono? Clique aqui).

Os nanotubos de carbono (NTCs) podem ser a solução à baixa eficiência de aproveitamento do fotoelétrons gerados em células fotovoltaicas, que são os dispositivos mais promissores para a conversão de energia solar em elétrica. Os NTCs são particularmente eficientes no transporte de elétrons, mas tem sido um desafio incorporá-los aos nanocompósitos úteis à construção de dispositivos fotovoltaicos.

Nanotubos de carbono.

Parece que os vírus, nanoestruturas altamente eficientes em manipular a matéria na nanoescala, podem dar uma mão para dispor os NTCs de maneira que estes sejam úteis à coleta de elétrons fotoexcitados. Os pesquisadores modificaram geneticamente um tipo de vírus (conhecido como M13) de maneira a imprimir neste a informação necessária para desempenhar a dura tarefa de evitar a agregação dos NTCs e ainda colocar estas nanoestruturas em contato funcionalmente útil com as nanopartículas de TiO₂, o outro componente do nanocompósito fotovoltaico. O nanocompósito assim formado é utilizado como o fotoânodo, o coletor de elétrons excitados gerados pela energia solar.

Com esta nova tecnologia, foi possível aumentar a eficiência do aproveitamento da energia solar em 30%, em relação ao desempenho das células fotovoltaicas já existentes.

Fonte: [X. Danget al., Nature Nanotechnology (2011) 6, 377].