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Todo mês de outubro, os Prêmios Nobel celebram algumas conquistas científicas inovadoras. E embora muitas das descobertas premiadas revolucionem o campo da ciência, algumas têm origem em locais não convencionais. Para George de Hevesy, ganhador do Prêmio Nobel de Química de 1943 que descobriu traçadores radioativos, aquele lugar era a cafeteria de uma pensão em Manchester, Reino Unido, em 1911.
Magnus Manske
De Hevesey tinha a leve suspeita de que o pessoal do refeitório da pensão onde ele comia todos os dias reaproveitava as sobras dos pratos – a sopa de cada dia parecia conter todos os ingredientes do dia anterior. Então ele elaborou um plano para testar sua teoria.
Na época, de Hevesy trabalhava com material radioativo. Ele espalhou uma pequena quantidade de material radioativo nas sobras de carne. Poucos dias depois, ele levou um eletroscópio para a cozinha e mediu a radioatividade na comida preparada.
A sua senhoria, que era a culpada pela comida reciclada, exclamou “isto é mágico” quando de Hevesy lhe mostrou os seus resultados, mas na verdade, foi apenas a primeira experiência bem sucedida com traçadores radioactivos.
Somos uma equipe de químicos e físicos que trabalham no Facility for Rare Isotope Beams, localizado na Michigan State University. As primeiras pesquisas de De Hevesy nesta área revolucionaram a maneira como os cientistas modernos como nós usam material radioativo e levaram a uma variedade de avanços científicos e médicos.
O incômodo do chumbo
Um ano antes de realizar a sua experiência com ingredientes reciclados, de Hevesy, nascido na Hungria, viajou para o Reino Unido para começar a trabalhar com o cientista nuclear Ernest Rutherford, que ganhou o Prémio Nobel apenas dois anos antes.
Rutherford estava na época trabalhando com uma substância radioativa chamada rádio D, um valioso subproduto do rádio devido à sua longa meia-vida (22 anos). No entanto, Rutherford não pôde usar sua amostra de rádio D, pois continha grandes quantidades de chumbo misturadas.
Quando de Hevesy chegou, Rutherford pediu-lhe para separar o rádio D do chumbo incômodo. O chumbo incômodo era composto de uma combinação de isótopos estáveis de chumbo (Pb). Cada isótopo tinha o mesmo número de prótons (82 para o chumbo), mas um número diferente de nêutrons.
De Hevesy trabalhou na separação do rádio D do chumbo natural usando técnicas de separação química por quase dois anos, sem sucesso. A razão do seu fracasso foi que, sem o conhecimento de ninguém na altura, o rádio D era na verdade uma forma diferente de chumbo – nomeadamente o isótopo radioactivo, ou radioisótopo Pb-210.
No entanto, o fracasso de De Hevesy levou a uma descoberta ainda maior. O cientista criativo descobriu que, se não conseguisse separar o rádio D do chumbo natural, poderia usá-lo como marcador de chumbo.
Isótopos radioativos, como o Pb-210, são isótopos instáveis, o que significa que com o tempo eles se transformarão em um elemento diferente. Durante esta transformação, chamada decaimento radioativo, eles normalmente liberam partículas ou luz, que podem ser detectadas como radioatividade.
Esta radioatividade atua como uma assinatura que indica a presença do isótopo radioativo. Esta propriedade crítica dos radioisótopos permite que eles sejam usados como traçadores.
Rádio D como traçador
Um rastreador é uma substância que se destaca na multidão de materiais semelhantes porque possui qualidades únicas que facilitam o rastreamento.
Por exemplo, se você tem um grupo de alunos do jardim de infância fazendo uma excursão e um deles está usando um smartwatch, você pode saber se o grupo foi ao parquinho rastreando o sinal de GPS no smartwatch. No caso de de Hevesy, os alunos do jardim de infância eram os átomos de chumbo, o relógio inteligente era o rádio D e o sinal de GPS era a radioatividade emitida.
Na década de 1910, o Instituto de Pesquisa do Rádio de Viena tinha uma coleção maior de rádio e seus subprodutos do que qualquer outra instituição. Para continuar suas experiências com o rádio D, de Hevesy mudou-se para Viena em 1912.
Ele colaborou com Fritz Paneth, que também tentou a tarefa impossível de separar o rádio D do chumbo, sem sucesso. Os dois cientistas “adicionaram” amostras de diferentes compostos químicos com pequenas quantidades de um marcador radioativo. Dessa forma, eles poderiam estudar processos químicos rastreando o movimento da radioatividade em diferentes reações químicas.
De Hevesy continuou seu trabalho estudando processos químicos usando diferentes marcadores isotópicos por muitos anos. Ele foi até o primeiro a introduzir traçadores não radioativos. Um traçador não radioativo que ele estudou foi um isótopo mais pesado de hidrogênio, chamado deutério. O deutério é 10.000 vezes menos abundante que o hidrogênio comum, mas é aproximadamente duas vezes mais pesado, o que torna mais fácil separar os dois.
De Hevesy e seu coautor usaram deutério para rastrear a água em seus corpos. Em suas investigações, eles se revezaram na ingestão de amostras e na medição do deutério na urina para estudar a eliminação de água do corpo humano.
De Hevesy recebeu o Prêmio Nobel de Química de 1943 “pelo seu trabalho no uso de isótopos como traçadores no estudo de processos químicos”.
Traçadores radioativos hoje
Mais de um século depois das experiências de de Hevesy, muitos campos utilizam agora rotineiramente marcadores radioactivos, desde a medicina à ciência dos materiais e à biologia.
Esses rastreadores podem monitorar a progressão de doenças em procedimentos médicos, a absorção de nutrientes na biologia vegetal, a idade e o fluxo de água em aquíferos e a medição de desgaste e corrosão de materiais, entre outras aplicações. Os radioisótopos permitem que os pesquisadores sigam os caminhos dos nutrientes e medicamentos nos sistemas vivos sem cortar o tecido de forma invasiva.
senhor. suphachai praserdumrongchai/iStock via Getty Images
Na investigação moderna, os cientistas concentram-se na produção de novos isótopos e no desenvolvimento de procedimentos para utilizar marcadores radioactivos de forma mais eficiente. A Instalação para Feixes de Isótopos Raros, ou FRIB, onde nós três trabalhamos, tem um programa dedicado à produção e colheita de radioisótopos únicos. Esses radioisótopos são então usados em aplicações médicas e outras.
A FRIB produz feixes radioativos para seu programa de ciências básicas. No processo de produção, uma grande quantidade de isótopos não utilizados é coletada em um tanque com água, onde podem ser posteriormente isolados e estudados.
Instalação para feixes de isótopos raros.
Um estudo recente envolveu o isolamento do radioisótopo Zn-62 da água irradiada. Esta foi uma tarefa desafiadora, considerando que havia 100 quatrilhões de vezes mais moléculas de água do que átomos de Zn-62. O Zn-62 é um importante traçador radioativo utilizado para acompanhar o metabolismo do zinco nas plantas e na medicina nuclear.
Há oitenta anos, de Hevesy conseguiu pegar num projecto de separação sem saída e transformá-lo numa descoberta que criou um novo campo científico. Os traçadores radioativos já mudaram vidas humanas de muitas maneiras. No entanto, os cientistas continuam a desenvolver novos traçadores radioactivos e a encontrar formas inovadoras de os utilizar.
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