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!

A forma do carreador de fármacos afeta a sua eficácia?

Parece que sim. Mas, por muito tempo e em tempos longamente idos, as partículas que compunham certas formulações medicamentosas eram idealizadas como esféricas e pronto. Tinha-se assim um modelo simplificado destas. Um modelo que explicava toscamente o comportamento de sistemas de entrega de fármacos, no nível estatístico, com aproximações, mas não no de casos individuais.
Mas não havia outra opção. Não havia como conhecer a forma de partículas nanométricas e assim aprender a controlá-la. Com o boom das ferramentas de análise de nanoestruturas - e com o consequentemente advento da nanociência/nanotecnologia -, foi possível analisar o comportamento de partículas com base em sua forma. A estatística não perdeu sua importância, mas agora ela ajuda a refinar os dados ao invés de adequá-los a um modelo idealizado.
Nanotecnologia é isso: observar e manipular o nano para revolucionar o macro. E a forma nanoscópica é importantíssima em medicamentos.
A forma de nanoestruturas é explorada em sistemas biológicos de maneira intensa. O modo como uma proteína interage com outra em suas diversas versões, como enzima-substrato, receptor-agonista, canal-transportado, depende intimamente da forma. Se a forma nanométrica das partículas que compõem um sistema de entrega de fármacos for controlada, podem ser obtidas características vantajosas e inimagináveis em comparação às observadas com os sistemas que levam em conta apenas o tamanho das partículas. Veja a figura abaixo.

Fonte: S. Venkataraman et al. / Advanced Drug Delivery Reviews 63 (2011) 1228–1246

Esta figura lembra muito aqueles modelos chave-e-fechadura que professores usam para exemplificar como as proteínas interagem com seus ligantes em sistemas biológicos. Para acessarmos determinados cantões de um organismo, temos que ter a chave em mãos. Assim, a forma da nanopartícula pode ser importante para que esta atinja seu alvo. Uma discussão detalhada acerca deste assunto, veementemente recomendada por este blogueiro, é apresentada em "S. Venkataraman et al. Advanced Drug Delivery Reviews 63 (2011) 1228–1246".
Já foi abordada neste blog a importância da forma de um material nanoestruturado. Veja aqui.