Nanorrobôs e Motores Moleculares
Motores moleculares
Apesar de cientistas de todo o mundo estarem a trabalhar na construção de nanorrobôs o facto é que estes já existem na natureza e com mecanismos muito mais complexos do que aqueles que sonhámos conseguir construir. Os motores moleculares são nanomáquinas biológicas um milhar de milhão de vezes menores que o motor de um carro. Estes motores são agentes essenciais para o movimento de alguns organismos vivos. De uma forma geral, um motor é por definição um aparelho que consome energia sob uma forma e a converte em movimento ou potência mecânica. Nos motores moleculares, proteínas ou complexos de proteínas transformam a energia química em trabalho mecânico a uma escala molecular. O processo químico por detrás desta conversão é a hidrólise do trifosfato da adenosina (ATP) em difosfato de adosina (ADP) e fosfato (P).
Na natureza existem motores de rotação e translação. Estes motores têm um papel importante, por exemplo, na contracção muscular, na divisão celular e no transporte celular. Existem proteínas que se movem como a miosina, que é responsável pela contracção muscular, a cinesina, que transporta diferentes substâncias entre células com microtúbulos e a dinina, que também transporta substâncias ao longo de microtúbulos. Outros exemplos de motores moleculares biológicos são os processos de polimerase que transcreve ARN das sequências do ADN, a polimerização da actina que gera forças geralmente utilizadas como propulsão, os mecanismos de flagelos bacterianos responsáveis pela movimentação das E. coli, etc.
Em termos de eficiência energética estes motores são muitas vezes mais eficientes que os feitos pelo Homem, sendo estas estruturas uma enorme inspiração para aplicações nanotecnológicas. Actualmente estudam-se as potencialidades de criar motores moleculares. Estes motores moleculares sintéticos para já ainda são muito limitados sendo apenas utilizados para fins experimentais. Contudo, espera-se que estas limitações sejam ultrapassadas em pouco tempo, com o aumento da compreensão da física e da química do mundo à escala do nanómetro.
Modelação dos Motores Moleculares
Devido ao seu comportamento estocástico (probabilístico), certos motores moleculares são modelados pela equação de Fokker-Plank ou recorrendo aos métodos de Monte Carlo. Estes métodos são especialmente úteis quando se tentam modelar motores como o motor browniano.
O motor browniano é um aparelho molecular no qual processos termicamente activados (reacções químicas) são controlados e utilizados para gerar um movimento direccionado no espaço e para gerar trabalho mecânico ou eléctrico. Este pequeno aparelho opera em ambientes cuja viscosidade domina a inércia e onde o ruído térmico faz com que o movimentar-se segundo uma direcção específica seja tão difícil como andar num furacão: as forças que impelem estes motores na direcção desejada são minúsculas em comparação com as forças aleatórias exercidas pelo meio. Como este motor é tão dependente de ruído térmico aleatório, é muito provável que os motores brownianos sejam apenas viáveis à escala do nanómetro. Existem muitos motores moleculares biológicos que são motores brownianos.
Motores Moleculares Sintéticos
Muitas proteínas do corpo funcionam como motores, o que inspirou os nanotecnólogos a conceber máquinas microscópicas para os mais variados usos, desde alterar o formato de materiais até desobstruir vasos sanguíneos.
Anos de pesquisa à escala do nanómetro possibilitaram um controlo sem precedentes sobre a forma como as estruturas moleculares podem ser construídas. Apesar dos motores existirem na biologia naturalmente, criar motores moleculares artificiais não é fácil porque, como já foi referido, a chave para o desenvolvimento de motores moleculares consiste, justamente, em desenvolver formas de tirar partido da natureza quântica dos processos, o que ainda está por concretizar em pleno.
Apesar do termo “motor molecular” estar tradicionalmente ligado a motores biológicos, neste caso refere-se a motores sintéticos não biológicos e não peptídicos. Os requisitos básicos para um motor sintético são o movimento unidireccional repetido de 360° da molécula constituinte e o consumo de energia. Assim, um motor molecular comporta-se quase como um rotor minúsculo, que podemos imaginar como uma espécie de roda de água (das azenhas), mas feito de moléculas, unidas como se fossem peças Lego, capaz de rodar unidireccionalmente a diferentes velocidades.
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