O Mundo É Mesmo Muito Pequeno

O espantoso potencial da nanotecnologia, processo científico da criação de materiais e produtos de tamanho molecular ou mesmo atômico, promete revolucionar a vida futura. Trabalhar nessa escala infinitesimal — em que o tamanho da unidade básica de medida, o nanômetro, é um bilionésimo de um metro — exige técnicas inovadoras para criar, manipular e fabricar substâncias visíveis apenas através de instrumentos como o microscópio eletrônico. A espessura de um fio de cabelo humano ou de uma folha de papel, de acordo com a nanoescala, por exemplo, é de 100 mil nanômetros. A nanotecnologia já tem aplicações práticas em tudo, de vestuário a equipamentos esportivos, e os cientistas e pesquisadores dos EUA estão explorando a tecnologia para conseguir avanços adicionais.

Vôos espaciais

Desde os primórdios da Era Espacial, há meio século, o peso do combustível necessário para levar a carga útil dos foguetes para a órbita terrestre ou além tem sido uma limitação importante nos vôos espaciais. Pesquisas em duas técnicas revolucionárias que empregam a nanotecnologia trazem a promessa de superar essa barreira, embora sua aplicação prática ainda esteja longe no futuro.

À primeira vista, um “elevador espacial” — dispositivo que pode literalmente levar uma carga útil a cerca de 35 mil quilômetros no espaço por meio de um cabo que se estenda da superfície da Terra a um satélite em órbita geoestacionária — parece mais coisa de ficção científica do que de ciência. Os obstáculos técnicos à construção desse elevador espacial são imensos, não sendo o menor de todos a necessidade de fabricar um cabo fortíssimo de tal comprimento e tamanha força.

A nanotecnologia pode ser a chave para transforma r esse conceito em realidade. Pesquisadores estão investigando a possibilidade de usar nanotubos de carbono — estruturas de apenas alguns nanômetros de diâmetro, mas com comprimento de vários milhares de nanômetros — para construir esse cabo. Como os átomos de carbono que formam o nanotubo criam vínculos extremamente fortes uns com os outros, um nanotubo é cem vezes mais resistente do que o aço. Naturalmente, ainda são imensos os desafios da engenharia e da ciência para a construção de um cabo desses a partir de nanotubos, mas os avanços continuam. Uma equipe de pesquisa da Universidade Rice em Houston, Texas, por exemplo, descobriu que a combinação de nanotubos de carbono com ácido sulfúrico alinha os nanotubos na mesma direção, tornando-os ainda mais resistentes. Embora o elevador espacial baseado em nanotecnologia só venha a ser viável daqui a muitas décadas, ele traz a promessa de drástica redução do altíssimo custo atual de colocação em órbita de uma carga útil — estimado pela Nasa em US$ 22 mil por quilo — para talvez apenas alguns dólares por quilo.

O cociente carga útil-combustível também entra em jogo nos vôos interplanetários, dadas as imensas distâncias que uma espaçonave precisa cobrir ao viajar no sistema solar. Brian Gilchrist, engenheiro elétrico da Universidade de Michigan, sugeriu o uso da nanotecnologia para criar uma espaçonave acionada por um conjunto de motores de nanoescala, cada um deles lançando através de propulsores microscópicos uma corrente constante de nanopartículas carregadas eletricamente de modo a impulsionar a espaçonave. Milhões desses motores formariam um conjunto agrupado sobre uma bolacha de silício do tamanho de apenas alguns centímetros quadrados; várias dessas bolachas seriam combinadas de modo a criar o sistema de propulsão da espaçonave. Embora esse sistema não tenha propulsão suficiente para impulsionar a espaçonave para decolar da Terra, uma vez no vácuo espacial os motores de nanoescala poderiam acelerar de forma gradual e eficiente a espaçonave através do sistema solar até seu destino final.

Medicina

Aplicações biomédicas da nanotecnologia atualmente em desenvolvimento podem anunciar nova abordagem radical no diagnóstico e no combate às doenças. A chave está no tamanho incrivelmente pequeno das nanopartículas — pequeno o bastante para infiltrar-se nas bactérias ou mesmo nos vírus e atacar esses organismos por dentro.

No Laboratório Nacional Lawrence Livermore, perto de São Francisco, cientistas estão estudando como construir moléculas em nanoescala chamadas “shals” (ligandos sintéticos de alta afinidade) projetadas sob medida para aderir a um local específico na superfície de uma célula humana. Embora os shals tenham sido idealizados inicialmente como ferramenta de defesa contra o bioterrorismo com o objetivo de detectar e neutralizar patógenos como o antraz, os bioquímicos do Lawrence Livermore e do Centro de Câncer Davis, da Universidade da Califórnia, logo conceberam um uso médico muito mais amplo para eles. Ao construir shals projetados especificamente para aderir aos locais receptores singulares da superfície das proteínas das células cancerosas, os cientistas esperam empregar uma nova arma na luta contra o câncer. Quando combinadas com um isótopo radioativo ou uma droga anticâncer, os shals não apenas procurarão como também destruirão as células cancerosas visadas ao liberar no tumor esses combatentes da doença. Já estão em andamento experiências para investigar os shals no tratamento do câncer da próstata e do linfoma não-Hodgkins.

Essa abordagem contra o câncer baseada na nanotecnologia ainda está em estágio de desenvolvimento, mas a nanotecnologia já tem algumas aplicações médicas. Uma empresa farmacêutica dos EUA, a Nucryst Pharmaceuticals, está produzindo ataduras médicas embebidas em cristais de prata em nanoescala, elemento que possui propriedades antimicrobianas. Curativos revestidos por esses nanocristais de prata, cujo tamanho varia de 1 a 100 nanômetros, provocam liberação rápida e prolongada de íons de prata nas feridas, acelerando a cura. Essa tecnologia já está em uso em centros de tratamento de queimaduras nos Estados Unidos. A Nucryst acredita que essa tecnologia baseada em nanocristais também será útil no tratamento de outros tipos de infecções e inflamações.

Ciência ambiental

A utilidade da nanotecnologia está muitas vezes no fato de o material poder exibir, no nível da nanoescala, propriedades físicas ou químicas notavelmente diferentes das características que possui quando em tamanho maior. A dimensão atômica da nanotecnologia também oferece por si e em si possibilidades únicas. Os cientistas estão estudando se essas vantagens da nanoescala podem ser empregadas para criar um meio ambiente mais saudável.

Em várias partes do mundo a água potável está contaminada por substâncias tóxicas, inclusive por metais como o arsênico. A remoção desses contaminadores exige não apenas equipamentos sofisticados como também uma fonte constante de energia para acioná-los — e pode haver escassez de ambos em boa parte do mundo em desenvolvimento. Pesquisadores da Universidade Rice estão investigando uma abordagem de baixa tecnologia para o problema usando nanocristais de magnetita, composto de ferro e oxigênio que pode absorver arsênico. Quando esses cristais de magnetita são adicionados a uma solução de água contaminada por arsênico, eles se combinam com o arsênico. Um simples ímã puxa então os nanocristais revestidos de arsênico para o fundo da solução, de onde podem depois ser removidos. O benefício específico dessa técnica é que ela funciona com ímãs comuns, de uso diário, ao passo que o uso de partículas maiores de magnetita exigiria ímãs mais poderosos. Essa pesquisa traz uma abordagem nova e simples para o fornecimento de água potável a populações de áreas remotas.

O próprio tamanho da nanotecnologia abre muitas possibilidades. Na Universidade Lehigh, na Pensilvânia, o cientista ambiental Wei-xian Zhang vem estudando o uso de partículas de ferro em nanoescala para limpar completamente o solo e o lençol freático poluídos por metais pesados, pesticidas e solventes orgânicos. Quando essas nanopartículas de ferro são injetadas por meio de uma mistura fluida diretamente em um local contaminado, seu tamanho lhes permite penetrar entre as partículas do solo. À medida que as nanopartículas de ferro se oxidam, decompõem os contaminadores químicos como dioxinas ou PCBs (bifenilas policloradas) em compostos de carbono menos tóxicos. Metais pesados como chumbo e mercúrio também se tornam menos nocivos à medida que o processo de oxidação os reduz a uma forma insolúvel com menos probabilidade de penetrar no lençol freático. Testes mostraram que os níveis de contaminação começam a cair de forma drástica em torno do local da injeção em menos de 48 horas, e a poluição tóxica é totalmente eliminada em algumas semanas.

Energia

A convergência de diversos fatores — a pressão que o crescimento contínuo da população e da economia mundiais exercem sobre o suprimento de combustíveis fósseis tradicionais, a preocupação com o aquecimento global e o aumento vertiginoso do preço do petróleo — torna mais crucial o desenvolvimento de fontes alternativas de energia. A atual pesquisa americana em nanotecnologia traz pistas intrigantes que podem revolucionar a extração de energia de fontes limpas e renováveis, particularmente a solar.

Cientistas da Universidade de Harvard, por exemplo, desenvolveram células solares a partir de “nanofios” de apenas 300 nanômetros de diâmetro. Conforme descrito pela publicação MIT Technology Review, essa célula solar tem um núcleo de silício cristalino e várias camadas concêntricas de silício com propriedades eletrônicas diferentes. Cada camada executa a mesma função que as camadas semicondutoras das células solares tradicionais, absorvendo a luz e capturando elétrons para gerar eletricidade. Embora essas células solares microscópicas possam ser a princípio usadas para energizar outros nanodispositivos, talvez seja possível reuni-las em grandes quantidades de feixes para substituir os painéis solares convencionais atualmente em uso. Contudo, ainda há obstáculos à comercialização dessa tecnologia; os pesquisadores precisarão desenvolver formas de produzir esses nanofios solares em um arranjo mais denso do que o existente e de melhorar seu baixo nível atual de eficiência (menos de um quinto dos painéis solares convencionais) na conversão da luz do sol em eletricidade.

A cerca de 35 quilômetros de Harvard, na antiga cidade têxtil de Lowell, Massachusetts, uma empresa privada de alta tecnologia chamada Konarka tem uma abordagem diferente do uso da nanotecnologia para energia solar. A empresa inventou um processo para aplicar nanopartículas de dióxido de titânio químico semicondutor a uma película plástica, que é depois revestida por uma tinta sensível à luz. Quando a luz do sol ou mesmo a luz interior artificial atinge a tinta, as partículas de dióxido de titânio produzem eletricidade. Embora essa tecnologia ainda esteja em desenvolvimento, a Konarka prevê diversas aplicações práticas para essa tira plástica flexível da célula solar em áreas em que os painéis fotovoltaicos rígidos tradicionais são inviáveis. Essas tiras geradoras de energia podem, por exemplo, envolver dispositivos como telefones celulares ou laptops para recarregá-los, ser colocadas em estruturas de qualquer espécie (mesmo tendas) como geradores autônomos de energia ou mesmo ser tecidas diretamente em roupas para fornecer a última palavra em desenvolvimento de energia para produtos eletrônicos de consumo pessoal.

Domenick DiPasquale é escritor freelancer. Trabalhou durante 27 anos como funcionário do Serviço de Relações Exteriores na Agência de Informações e no Departamento de Estado dos EUA em vários países, como Brasil, Bósnia, Cingapura, Eslovênia, Gana e Quênia.

As opiniões expressas neste artigo não refletem necessariamente a posição nem as políticas do governo dos EUA.