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Pesquisadores do Eelkema Lab descobriram um novo processo que usa combustível para controlar materiais não vivos, semelhante ao que as células vivas fazem. O ciclo de reação pode ser facilmente aplicado a uma ampla gama de materiais e sua taxa pode ser controlada – um avanço no campo emergente de tais reações. A descoberta é um passo em direção à robótica suave; máquinas suaves que podem sentir o que está acontecendo em seu ambiente e responder de acordo. Os químicos publicaram suas descobertas em Comunicações da Natureza mês passado.
O químico Rienk Eelkema e seu grupo tentam imitar a natureza, especificamente as reações químicas nas células vivas que fornecem o combustível para controlar a célula. A caixa de ferramentas de reações que conduzem materiais não vivos da mesma maneira é limitada, explica Eelkema. “Até agora, existem apenas cerca de cinco tipos de reações amplamente utilizadas pelos pesquisadores. Essas reações têm duas grandes desvantagens: sua velocidade é difícil de controlar e só funcionam em um conjunto específico de moléculas.” Eelkema e o doutorando Benjamin Klemm, principal autor da publicação, descobriram um novo tipo de reação cuja velocidade pode ser controlada de forma eficaz e que também funciona em uma ampla gama de materiais.
Gel de inchaço
“A essência do ciclo de reação é que ele pode alternar entre uma partícula não carregada e carregada, adicionando um combustível químico a ela”, explica Eelkema. “Isso nos permite carregar materiais e, assim, modificar as estruturas desses materiais, porque cargas iguais se repelem e cargas diferentes se atraem. O tipo e a quantidade de combustível determinam a taxa de reação e, portanto, quanto tempo uma carga e, portanto, um determinado existe estrutura”. Os pesquisadores usaram seu ciclo de reação para carregar um hidrogel, por exemplo, após o qual as cargas se repeliram e o gel começou a inchar.
Robôs macios
O ciclo de reações químicas pode ser útil para construir robôs macios: pequenos dispositivos fisicamente macios, como nossa pele e tecidos, e que podem desempenhar funções específicas. “Robôs macios já existem, por exemplo, micropartículas controladas externamente por meio de campos magnéticos ou elétricos. diz Eelkema. “Você pode programar nosso ciclo em uma partícula com antecedência, depois deixá-la sozinha e ela desempenha sua função de forma independente assim que encontrar um sinal para fazê-lo”.
O próximo passo de Eelkema é vincular o processo ao ambiente, adicionando processamento de sinal a ele: “Por exemplo, uma partícula de polímero pode conter alguns componentes desse ciclo. Quando encontra a última parte da reação, o ciclo se completa, servindo como um sinal para se desintegrar ou inchar, por exemplo.”
A definição de vida
As células de humanos ou outros organismos precisam de energia para uma variedade de funções: para se mover, para sentir que algo está acontecendo ou para se dividir. “Esta é também a razão pela qual nós, humanos, precisamos comer”, explica Eelkema. “Essa ligação da energia à função ocorre por meio de reações químicas e é o que define os seres vivos. Ela permite que as células controlem quando e onde as estruturas são formadas ou os processos ocorrem, localmente e por um tempo limitado.”
Em contraste, materiais não vivos podem existir para sempre e funcionar sem um suprimento de energia. Até uma década atrás, não havia processos que pudessem usar um combustível químico para conduzir interações em materiais não vivos. Eelkema: “Nós introduzimos isso aqui em Delft, junto com alguns outros lugares, e desde então o campo explodiu.”
Fonte da história:
Materiais fornecidos por Universidade de Tecnologia de Delft. Nota: O conteúdo pode ser editado para estilo e duração.
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