Leia matéria de Yuri Vasconcelos para revista Pesquisa Fapesp:
É uma rotina que se repete há anos. Após praticar em casa tai chi chuan, o químico Henrique Eisi Toma caminha por uma hora dentro da Cidade Universitária no bairro do Butantã até chegar ao Instituto de Química da Universidade de São Paulo (IQ-USP). Professor sênior da instituição e aposentado compulsoriamente em 2024, Toma, de 78 anos, continua produtivo e atuante. “Movido pelo espírito científico e sem os contratempos da vida acadêmica, deixo fluir minha liberdade de criação”, contou a Pesquisa FAPESP.
A vida acadêmica foi iniciada há 54 anos, quando, ainda no doutorado sob orientação de um pesquisador norte-americano que ganharia anos depois o Nobel de Química, foi convidado a lecionar no IQ-USP. Depois de dois estágios de pós-doutorado cursados nos Estados Unidos, retornou ao Brasil em 1980 com uma nova visão da ciência e um interesse pela química bioinorgânica, que evoluiu naturalmente para a química supramolecular e, posteriormente, para a nanotecnologia molecular.
O envolvimento com a nanotecnologia fez com que passasse a estudar as nanopartículas inteligentes, estruturas dotadas de novas funcionalidades químicas ou físicas, por meio da adição de moléculas específicas em sua superfície. Uma dessas nanopartículas, as superparamagnéticas, foi a base para a criação de uma nova tecnologia mineral, a nano-hidrometalurgia magnética. “Em laboratório, o processo de separação das terras-raras utilizando essa metodologia já está demonstrado”, assegura.
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Qual a importância da química supramolecular?
É o melhor caminho para chegar às moléculas inteligentes, como as que impulsionam a vida. Na biologia, ao contrário da química, as moléculas não atuam por meio de colisões caóticas. Elas estão inseridas em estruturas complexas organizadas, como as proteínas, nas quais podem interagir com múltiplos componentes, possibilitando o exercício de atividades complexas como reconhecimento molecular, aproveitamento de energia, sinalização, comunicação e amplificação. A química supramolecular já foi associada às máquinas moleculares por Fraser Stoddard [1942-2024], Bernard Feringa e Jean-Pierre Sauvage, laureados com o Nobel de 2016. Máquinas moleculares realmente existem e são elas que tornam possível a vida. Elas também alimentaram o sonho do engenheiro norte-americano Eric Drexler, autor da proposta de criação de máquinas moleculares capazes de construir tudo o que existe no mundo. Foi Drexler quem vislumbrou um novo mundo: o mundo nanométrico, movido pela nanotecnologia.
Pode explicar melhor a relação entre química supramolecular e nanotecnologia?
Inspirada nas ideias de Drexler, a química supramolecular tornou-se passaporte para a nanotecnologia molecular, ou seja, para uma tecnologia capaz de operar na escala nanométrica, de um bilionésimo do metro. Essa é a dimensão dos átomos e moléculas. Desde 1981, os físicos Gerd Binnig e Heinrich Rohrer [1933-2013], da IBM, mostraram que é possível visualizar e lidar com objetos nanométricos, como átomos e moléculas, por meio dos microscópios de força atômica e de tunelamento. Foi o primeiro passo para o desenvolvimento da nanotecnologia. No Brasil, em 2004, o [então] Ministério da Ciência e Tecnologia financiou uma missão de visita a centros de nanotecnologia na Europa, coordenada pelo físico Cylon Gonçalves da Silva, da qual participei. No retorno, escrevi um longo relato, deixando sugestões para a implementação de programas nacionais de nanotecnologia. A pedido do ministério, também escrevi um livro de divulgação intitulado O mundo nanométrico: A dimensão do novo século [Editora Oficina dos Textos]. Esse livro ajudou na aproximação das comunidades acadêmica e empresarial da nanotecnologia.
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Do que exatamente se trata?
A nanotecnologia supramolecular relaciona-se à criação de nanopartículas inteligentes, dotadas de novas funcionalidades químicas ou físicas, por meio de moléculas específicas colocadas em sua superfície. Há um tipo especial de nanopartículas, chamadas plasmônicas, que ocorrem com metais do tipo cobre, prata e ouro. Nelas, os elétrons oscilam sob a ação das radiações eletromagnéticas, dando origem às ondas plasmônicas, ou plásmons de superfície. Para entender o que é isso, veja o que acontece quando duas uvas são colocadas em contato num micro-ondas. As ondas eletromagnéticas geradas no aparelho produzem campos intensos que provocam descargas elétricas na região de contato. O mesmo acontece quando os elétrons nas nanopartículas são submetidos a um feixe de luz visível. O campo elétrico gerado na confluência de duas nanopartículas é chamado de hot spot e apresenta intensidades aumentadas. Dessa forma, as moléculas próximas a essa região sofrem o efeito desse campo, espalhando fortemente os fótons que incidem sobre elas. Esse espalhamento intenso de luz é conhecido como espalhamento Raman intensificado pelos plásmons de superfície [SERS]. Ele permite efetuar com extrema sensibilidade a análise química das moléculas na superfície de um material. Por isso, as nanopartículas plasmônicas estão sendo usadas como sensores SERS ou espalhadores de luz em dispositivos fotônicos.
Há outras nanopartículas inteligentes?
Sim, as superparamagnéticas, geralmente formadas por óxidos de ferro, como a magnetita. Elas despertam interesse por serem fortemente atraídas pelos ímãs. Incorporando moléculas ou biomoléculas na superfície, essa partícula pode realizar o transporte magnético, conduzindo-as ao local de interesse. Se a molécula for um fármaco, a partícula poderá ser usada para dirigir o medicamento até o local ou órgão de interesse, realizando seu confinamento por meio de um ímã, de forma a concentrar a ação medicinal. Da mesma forma, podemos colocar enzimas nas nanopartículas magnéticas para realizar biocatálise, com possibilidade de recuperar as enzimas utilizadas no processo, pela aplicação de um ímã, para posterior reúso. Como as enzimas representam a parte mais dispendiosa do processo, as vantagens da reciclabilidade são imensas. Temos trabalhado ativamente nessa área. Existe grande interesse por um tipo especial de molécula, chamado complexante, que é capaz de interagir com elementos metálicos, permitindo realizar sua extração no meio fluido. Esse processo pode ser usado na separação dos elementos químicos e em seu processamento para obter o metal puro. Ele é chamado nano-hidrometalurgia magnética, técnica criada pelo nosso grupo para atuar na mineração e metalurgia.
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