Nova nanotecnologia identifica composição química e estrutura de impurezas no ar, líquidos e tecidos vivos

31 de julho de 2023

Este artigo foi revisado de acordo com o processo editorial e as políticas da Science X. Os editores destacaram os seguintes atributos, garantindo a credibilidade do conteúdo:

verificado

publicação revisada por pares

fonte confiável

revisar

pela Universidade de Bath

Utilizando técnicas de teste convencionais, pode ser desafiador – às vezes impossível – detectar contaminantes nocivos, como nanoplásticos, poluentes atmosféricos e micróbios em organismos vivos e materiais naturais. Às vezes, esses contaminantes são encontrados em quantidades tão pequenas que os testes não conseguem detectá-los com segurança.

No entanto, isto poderá mudar em breve. A nanotecnologia emergente (baseada num estado "torcido" da luz) promete tornar mais fácil a identificação da composição química das impurezas e da sua forma geométrica em amostras de ar, líquidos e tecidos vivos.

Uma equipa internacional de cientistas liderada por físicos da Universidade de Bath está a contribuir para esta tecnologia, que pode abrir caminho a novos métodos de monitorização ambiental e medicamentos avançados. Seu trabalho foi publicado na revista Advanced Materials.

A técnica emergente de detecção química é baseada em uma interação luz-matéria conhecida como efeito Raman. O efeito Raman ocorre quando um material iluminado com uma determinada cor de luz se espalha e transforma a luz em uma infinidade de cores ligeiramente diferentes. Essencialmente, produz um mini-arco-íris que depende de como os átomos dos materiais vibram.

Medir as cores do arco-íris Raman revela ligações atômicas individuais porque as ligações moleculares têm padrões vibracionais distintos. Cada ligação dentro de um material produz sua própria mudança de cor exclusiva em relação à iluminação. Ao todo, as cores do arco-íris Raman servem para detectar, analisar e monitorar a composição química (ligações químicas) de moléculas complexas, como aquelas encontradas em misturas de poluentes ambientais.

"O efeito Raman serve para detectar pesticidas, produtos farmacêuticos, antibióticos, metais pesados, patógenos e bactérias. Também é usado para analisar aerossóis atmosféricos individuais que impactam a saúde humana e o clima", disse o Dr. Robin Jones, do Departamento de Física de Bath, quem é o primeiro autor do estudo.

Expandindo, o coautor Professor Liwu Zhang, do Departamento de Ciência Ambiental da Universidade Fudan, na China, disse: "Os poluentes aquáticos, mesmo em pequenas quantidades, podem se acumular nos organismos vivos através da cadeia biológica. Isso representa uma ameaça à saúde humana e ao bem-estar animal e vida selvagem. Geralmente, é realmente difícil saber exatamente qual é a composição química de misturas complexas."

O professor Ventsislav Valev de Bath, que liderou o estudo, acrescentou: "É necessário compreender os poluentes complexos e potencialmente prejudiciais no meio ambiente, para que possamos aprender como decompô-los em componentes inofensivos. Mas não se trata apenas de quais átomos eles são. A forma como os átomos estão dispostos é muito importante – pode ser decisiva na forma como as moléculas agem, especialmente nos organismos vivos.

"Nosso trabalho visa desenvolver novas maneiras pelas quais o efeito Raman pode nos informar sobre a forma como os átomos estão organizados no espaço e agora demos um importante passo tecnológico usando pequenas antenas em forma de hélice feitas de ouro."

O efeito Raman é muito fraco – apenas um em cada 1.000.000 fótons (partículas de luz) sofre a mudança de cor. Para melhorá-lo, os cientistas usam antenas em miniatura fabricadas em nanoescala que canalizam a luz incidente para as moléculas. Freqüentemente, essas antenas são feitas de metais preciosos e seu design é limitado pelas capacidades de nanofabricação.