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Os nanotubos de carbono (NTCs) são constituídos por átomos de carbono formados a partir de uma folha de grafite (grafeno) e foram sintetizados pela primeira vez em 1991, por Sumio Iijima, representando uma grande evolução científica na época. Eles possuem forma cilíndrica (Figura 1) e apresentam propriedades mecânicas, elétricas e térmicas excepcionais. A maneira como são enrolados determina suas propriedades físicas e, por isso, estão sendo utilizados em diversas áreas como na indústria de semicondutores, construção civil, sensores de gases, remoção de contaminantes e têm demonstrado grande potencial em aplicações biotecnológicas.
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Figura 1. Estrutura de um nanotubo de carbono cilíndrico. Fonte: Modificado de Michael Ströck/Wikimedia Commons.
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Ao serem sintetizados, os nanotubos de carbono podem possuir uma camada simples, classificados como single-wall carbon nanotubes (SWNTs), dupla, duple-wall carbon nanotubes (DWNTs) ou multicamadas, os multi-wall carbon nanotubes (MWNTs) (Figura 2).
A biotecnologia tem aproveitado algumas propriedades específicas dos nanotubos, como a resistência e flexibilidade mecânica, e ajustado novas metodologias para sua síntese. Assim, eles podem ser produzidos de maneira isolada ou acoplados sobre substratos, suspensos em pilares, dispostos em arquiteturas complexas e combinados a outros materiais, como polímeros e fibras.
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Figura 2. Estrutura de MWNTs, DWNT e SWNT respectivamente. Fonte: Souza Filho & Fagan (2007).
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O desenvolvimento de sensores biológicos implantáveis no corpo humano utilizando nanotubos de carbono modificados é uma das áreas mais promissoras para uso desses materiais na biotecnologia, em que estes são capazes de detectar quantidades ínfimas da substância alvo com alta seletividade. Um exemplo é o monitoramento contínuo dos níveis de glicose, através da interação entre peróxido de hidrogênio com grupos de ferrocianeto que estão anexados às paredes dos nanotubos, gerados após uma reação enzimática que converte a glicose em gluconolactona. Estes nanotubos possuem uma capilaridade específica que permite a entrada da glicose e evita o contato com células do corpo, sendo possível fazer uma correlação direta entre a potência do brilho do sensor com a concentração de glicose nos tecidos.
Outra abordagem biotecnológica tem sido investir na funcionalização das paredes dos nanotubos de carbono, em que átomos ou moléculas podem ser adsorvidos ou ligados aos NTCs, ampliando as suas propriedades originais ou incrementando outras características, tais como seletividade e aumento da velocidade de reação.
O procedimento de funcionalização pode ser realizado quimicamente por dois processos, em que um envolve a utilização de reações não-covalentes (sistemas que interagem fracamente com os nanotubos) e o outro, interações covalentes (sistemas que reagem fortemente com os NTCs, gerando modificações mais acentuadas das propriedades). Dessa forma, estes materiais podem ser usados para facilitar a interação de moléculas orgânicas e biológicas com outros grupos químicos, como fármacos ou moléculas tóxicas, e até mesmo com vírus e bactérias.
Devido à biocompatibilidade dos NTCs, também estão sendo utilizados em diversas áreas integradas à biotec, como engenharia de tecidos, biocompósitos e transfecção genética. Em um experimento, os nanotubos de carbono foram envoltos por DNA (Figura 3) e inseridos em células, sendo que, na presença de alguns íons, como por exemplo o mercúrio (Hg+), comportaram-se como biomarcadores, pois foram capazes de detectar concentrações de substâncias alvo por meio da fluorescência durante monitorização. Essa técnica só foi possível porque os NTCs emitem luz no infravermelho próximo, onde a maioria dos tecidos celulares são transparentes, permitindo obter um reconhecimento molecular das moléculas biológicas.
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Figura 3. Ilustração esquemática de nanotubos de carbono envoltos por DNA. Fonte: Analyst/Marshall Porterfield/Mike Schweinsberg
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Pode-se dizer que outra aplicação incrível é a utilização de NTCs para melhorar as taxas fotossintéticas das plantas através da melhora na eficiência de captação da energia solar. As folhas de grafeno potencializam a absorção da energia luminosa e a converte em fluxo de elétrons, cujo reflexo são os ganhos obtidos com produtividade nas lavouras.
O desafio atual é expandir as possibilidades de aplicação dos NTCs, como por exemplo, na área ambiental, para remoção de poluentes e substâncias tóxicas. Entretanto, para isso, é necessário otimizar a síntese deles, por meio de rotas químicas que não apresentem riscos, ecologicamente corretas e acima de tudo que sejam passíveis a funcionalização dos NTCs.
Quem sabe essa necessidade não será sanada por futuros biotecnologistas ansiosos por inovações? Compartilhe este texto nas redes sociais para alcançar mentes brilhantes que possam se interessar pelo tema.
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Referências
Filho, AGS.; Fagan, SB.; Funcionalização de nanotubos de carbono, Quim. Nova, 30:1695-1703, 2007.
Herbst, MH.; Macedo, MIF.; Rocco, AM.; Tecnologia dos nanotubos de carbono: tendências e perspectivas de uma área multidisciplinar, Quim. Nova, 27: 986-992, 2004.
Long, RQ.; Yang, RT.; Carbon Nanotubes as Superior Sorbent for Dioxin Removal, J. Am. Chem. Soc 9:2058–2059, 2001.
Wagner, P.; Immobilization strategies for biological scanning probe microscopy. FEBS Letters 430:112-115, 1998.
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Revisado por Thais Semprebom e Mariana Pereira
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