A Marinha dos EUA criou bactérias geneticamente modificadas para servir como nanofios em dispositivos minúsculos.


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O crescimento de nanofios de baixo para cima de ZnO na Universidade de Cambridge, Centro de Nanociência (Foto: Engenharia em Cambridge / Flickr).

O Escritório de Pesquisa Naval (ONR) anunciou em meados de agosto que uma equipe de microbiólogos que patrocina da Universidade de Massachusetts Amherst conseguiram modificar geneticamente uma bactéria comum que pode ser efetivamente utilizada como fios em nanotecnologia. Os pesquisadores, liderados pelo Dr. Derek Lovley, têm vindo a trabalhar em formas de lidar com o “apetite crescente para a tecnologia que é menor, mais rápida e mais móvel e poderosa do que nunca”. Para fazer isso, eles olharam para as bactérias que se alimentam de metais abundantes em muitos solos.

“A peça central do trabalho de Lovley é Geobacter, uma bactéria que produz nanofios microbianos – filamentos de proteínas semelhantes a pêlos que sobressaem do organismo – o que lhe permite fazer ligações elétricas com os óxidos de ferro que suportam o seu crescimento no solo”, diz um relatório recente da Warren Duffie Jr. do ONR. “Embora Geobacter naturalmente carregue energia suficiente para sua própria sobrevivência, a corrente é muito fraca para uso humano, mas é o suficiente para ser medido com eletrodos.”

Geobacter sulfurreducens (Foto: Departamento de Energia dos Estados Unidos).

Para melhorar a condutividade da Geobacter, Lovley e seus associados alteraram a sua composição genética por substituição de dois dos seus aminoácidos com triptofano. “Como nós aprendemos mais sobre como os nanofios microbianos trabalham, percebemos que pode ser possível melhorar o design da natureza,” diz Lovley. “Nós rearranjamos os aminoácidos para produzir um nanofio sintético que nós pensamos poderia ser mais condutivo. Esperávamos que a Geobacter ainda poderia formar nanofios e dobrar sua condutividade”.

Supor que as coisas correriam melhor do que o esperado seria um eufemismo. Enquanto Lovley esperava apenas o dobro da condutividade da Geobacter, verifica-se que as bactérias geneticamente modificadas acabaram sendo 2.000 vezes mais condutivas do que suas contrapartes naturais, de acordo com o ONR. A nova Geobacter também é mais forte e muito, muito menor. Os nanofios microbianos nas bactérias modificadas têm um diâmetro de apenas 1,5 nanometros. Como ponto de comparação, um fio de cabelo humano é de aproximadamente 80.000 a 100.000 nanômetros de largura.

Os nanofios geobacter apresentam uma míriade de possibilidades para o potencial avanço tecnológico.

Vários usos para Geobacter já estão em fase de investigação e desenvolvimento, tanto para setores civis como militares. “Espécies Geobacter são de interesse devido às suas capacidades de transferência de elétrons novos, a capacidade de transferir elétrons fora da célula e transportar esses elétrons através de longas distâncias através de filamentos condutores conhecidos como nanofios microbianos”, explica o site do projeto Geobacter, que oferece a página online para a pesquisa de Lovley. “Geobacters tem um grande impacto sobre o ambiente natural e têm aplicação prática nos campos de bioenergia, biorremediação e bioeletrônica.”

Por exemplo, o site explica, Geobacter pode desempenhar um papel importante na biorremediação e restauração ambiental através da decomposição dos contaminantes subterrâneos poluentes à base de petróleo. Em termos de bioenergia, Geobacter também pode ajudar a produzir metano, um biocombustível sustentável.

a utilização de Geobacter para o desenvolvimento de novas fontes de combustível é uma área onde há a sobreposição de investigação civil e militar. “Do ponto de vista militar, os nanofios podem alimentar correntes elétricas para micróbios especialmente projetados para criar butanol, um combustível alternativo”, escreve Duffie. “Isto seria particularmente útil em locais remotos, como o Afeganistão, onde os comboios de combustível são frequentemente atacados e que custa centenas de dólares por galão para enviar combustível para os combatentes.”

Numa altura em que e operações de combate automatizado e de remoto estão se tornando cada vez mais prevalentes, o uso no campo de batalha da nanotecnologia geneticamente modificada das bactérias poderá ir além de logística de abastecimento, é claro. “Nanofios de Lovley também podem desempenhar um papel crucial na alimentação de micróbios altamente sensíveis (que podem ser colocados em um chip de silício e ligados a veículos não tripulados) que podia sentir a presença de poluentes, químicos tóxicos ou explosivos,” Duffie acrescenta. a sensibilidade natural da bactéria aos produtos químicos também poderia torná-lo útil em certas aplicações médicas, outra área onde as instituições públicas e privadas estão investindo em pesquisa.

Ambos Lovley e a Dra. Linda Chrisey, uma oficial do programa no Departamento de Desempenho Warfighter da ONR, esperam que os recém-desenvolvidos “nanofios ultra-miniatura” possam ser instalados em sensores médicos. Se assim for, a sua sensibilidade a alterações de pH pode proporcionar informação vital sobre a função cardíaca e renal de um paciente.

Mais verde do que seu Nanofio Médio.

Um benefício adicional de usar as bactérias modificadas para a criação de nanofios é que eles são muito mais verdes (ecológicos) do que os materiais tradicionais nanoeletrônicos. Lovley diz os fios microbianos modificados podem ser produzidos utilizando energias renováveis ​​como a energia solar, dióxido de carbono, ou resíduos de plantas. Eles também são compostos de proteínas naturais, não-tóxicos e não requer os processos químicos “duros” usadas para criar nanofios sintéticos.

Os cientistas têm vindo a explorar maneiras de criar uma energia mais limpa a partir de bactérias e outros micróbios durante anos, e Lovley tem estado na vanguarda dessa pesquisa. Em 2009, a revista Time reconheceu seu trabalho em “The Electric Microbe“, como uma das “50 Melhores Invenções” do ano. Essa vertente da sua Geobacter geneticamente modificada é apenas oito vezes mais eficiente na produção de energia que a contraparte natural, muito aquém da cadeia recém-desenvolvida com o seu aumento de 2.000 vezes na condutividade.

Nanofios de ZnO, cultivados por Molecular Beam Epitaxy com catalisadores Au, no London Centre for Nanotechnology. Largura da imagem ~ 5,5 microns (Foto: Ivan Isakov, Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0).

O Pentágono tem grandes planos para a nanotecnologia

Lovly e sua equipe realizam importantes descobertas um momento crucial para a nanotecnologia, especialmente no que diz respeito aos planos do Pentágono para o futuro das forças armadas dos EUA. De acordo com um relatório intitulado “Joint Operating Environment 2035” lançado pela Joint Chiefs of Staff no final de julho, apenas algumas semanas antes do anúncio de Lovley, a nanotecnologia irá desempenhar um papel importante em operações de combate dos EUA em 2035.

O relatório apresenta um resumo das várias ameaças ‘som-ameaçador’ que o Pentágono encontra apenas sobre o horizonte, incluindo “Ameaça ao Território e Soberania dos Estados Unidos”, “Equilíbrio do Antagonismo Geopolítico”, “Perturbações Globais por Recursos”, e “Uma Disputa pelo Ciberespaço”, entre outras. A preocupação principal do relatório é a proliferação de tecnologia avançada, tais como impressoras em 3D e drones, entre as organizações terroristas internacionais e sindicatos do crime. A utilização de drones pelo Estado Islâmico é um exemplo óbvio. (Veja também Darien Cavanaugh, “Nós Estamos Ficando Próximos Rapidamente de uma Nova Era Aterrorizante de Guerra Automatizada“, offiziere.ch, 2016/12/08).

Para se manter um passo à frente desses fornecedores de “violência privatizada”, para usar um termo do relatório, serão exigidos constantes avanços não apenas em tecnologia, mas em tecnologia que não pode ser facilmente imitada, capturada, ou apropriada. O Pentágono espera que uma maior ênfase na pesquisa científica multidisciplinar pode manter as forças norte-americanas à frente da curva. “Para 2035, muitos avanços científicos importantes resultarão de uma ênfase em como os fenômenos diferem e interagem e como aparentemente diversos domínios tecnológicos se relacionam entre si”, afirma o relatório. “Eles vão frequentemente ocorrem quando duas ou mais disciplinas convergirem, em particular nas áreas em rápida evolução da biologia, da robótica e autonomia, tecnologia da informação, nanotecnologia e energia.”

A “exploração das propriedades dos materiais originais em nanoescala” é um dos cinco principais domínios de investigação em que o relatório se concentra. “A capacidade de fazer e modificar materiais em nanoescala permitirá aos fabricantes aproveitar muitas novas propriedades”, escrevem os autores. “Avanços antecipados em tecnologias de nanomateriais (combinado com melhorias paralelas em metamateriais) sugerem que composições mais complexas e materiais sob medida vão emergir com propriedades modificadas precisamente para otimizar o desempenho.”

Outra área de pesquisa destacada no relatório é o “Surgimento de micro/nano-satélites e capacidades semi-espaciais”. Essa seção é tida como algo diretamente saído de uma maluquice do DARPA:

Micro/nano-satélites, bem como aeronaves e balões de altíssimas altitudes, continuarão a substituir grandes satélites, porque eles são consideravelmente mais baratos e mais rápidos para construir e lançar. Estes avanços provavelmente levarão a uma maior fiabilidade, com as redes de satélites pequenas e as constelações estratosféricas no desempenho das funções antes reservadas exclusivamente para grandes satélites”.

“Nano” é um termo aceito, mas ainda assim um tanto de equívoco no que diz respeito aos pequenos satélites Joint Chiefs referidos no relatório, mas a passagem sobre eles no relatório destaca as intenções do Pentágono de ir tão pequeno quanto possível com algumas tecnologias. Picosatellites ou femtosatelites seriam melhores exemplos de pequenos satélites.

A investigação em curso de Lovley com a Geobacter certamente vai continuar a desempenhar um papel proeminente na visão do Pentágono para o papel crescente da nanotecnologia nas forças armadas dos EUA. Ele foi muito boa e seus colegas, afinal, quem isolou pela primeira vez a Geobacter metallireducens em 1987.

Autor: Darien Cavanaugh

Traduzido para publicação em dinamicaglobal.wordpress.com

Fonte: offiziere.ch

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