No DNA, cientistas encontram solução para construir supercondutor que pode transformar a tecnologia

Cientistas da Escola de Medicina da Universidade da Virgínia e seus colaboradores usaram o DNA para superar um obstáculo quase intransponível para a engenharia de materiais que revolucionariam a eletrônica.

Um resultado possível de tais materiais projetados poderia ser supercondutores, que têm resistência elétrica zero, permitindo que os elétrons fluam sem impedimentos. Isso significa que eles não perdem energia e não geram calor, ao contrário dos meios atuais de transmissão elétrica. O desenvolvimento de um supercondutor que poderia ser amplamente usado à temperatura ambiente – em vez de temperaturas extremamente altas ou baixas , como agora é possível – poderia levar a computadores hiper-rápidos, diminuir o tamanho dos dispositivos eletrônicos, permitir que trens de alta velocidade flutuem ímãs e reduzir o uso de energia, entre outros benefícios.

Um desses supercondutores foi proposto pela primeira vez há mais de 50 anos pelo físico de Stanford William A. Little. Os cientistas passaram décadas tentando fazê-lo funcionar, mas mesmo depois de validar a viabilidade de sua ideia, eles ficaram com um desafio que parecia impossível de superar. Até agora.

Edward H. Egelman, Ph.D., do Departamento de Bioquímica e Genética Molecular da UVA, tem sido um líder no campo da microscopia crioeletrônica (crio-EM), e ele e Leticia Beltran, uma estudante de pós-graduação em seu laboratório, usou imagens crio-EM para este projeto aparentemente impossível. “Isso demonstra”, disse ele, “que a técnica crio-EM tem um grande potencial na pesquisa de materiais”.

Engenharia no nível atômico

Uma maneira possível de concretizar a ideia de Little para um supercondutor é modificar treliças de nanotubos de carbono, cilindros ocos de carbono tão pequenos que devem ser medidos em nanômetros — bilionésimos de metro. Mas havia um grande desafio: controlar as reações químicas ao longo dos nanotubos para que a rede pudesse ser montada com a precisão necessária e funcionar como pretendido.

Egelman e seus colaboradores encontraram uma resposta nos próprios blocos de construção da vida. Eles pegaram o DNA, o material genético que diz às células vivas como operar, e o usaram para guiar uma reação química que superaria a grande barreira do supercondutor de Little. Em suma, eles usaram a química para realizar engenharia estrutural surpreendentemente precisa – construção no nível de moléculas individuais. O resultado foi uma rede de nanotubos de carbono montados conforme necessário para o supercondutor de temperatura ambiente de Little.

“Este trabalho demonstra que a modificação ordenada de nanotubos de carbono pode ser alcançada aproveitando o controle da sequência de DNA sobre o espaçamento entre os locais de reação adjacentes”, disse Egelman.

A treliça que eles construíram não foi testada quanto à supercondutividade, por enquanto, mas oferece prova de princípio e tem grande potencial para o futuro, dizem os pesquisadores. “Embora a crio-EM tenha emergido como a principal técnica em biologia para determinar as estruturas atômicas de conjuntos de proteínas, ela teve muito menos impacto até agora na ciência dos materiais ”, disse Egelman, cujo trabalho anterior levou à sua indução na Academia Nacional de Ciências, uma das maiores honras que um cientista pode receber.

Egelman e seus colegas dizem que sua abordagem guiada por DNA para a construção de treliças pode ter uma ampla variedade de aplicações úteis de pesquisa, especialmente em física. Mas também valida a possibilidade de construir o supercondutor de temperatura ambiente de Little. O trabalho dos cientistas, combinado com outros avanços em supercondutores nos últimos anos, pode transformar a tecnologia como a conhecemos e levar a um futuro muito mais “Star Trek”.

“Embora muitas vezes pensemos em biologia usando ferramentas e técnicas da física, nosso trabalho mostra que as abordagens desenvolvidas na biologia podem realmente ser aplicadas a problemas de física e engenharia”, disse Egelman. “Isto é o que é tão emocionante sobre a ciência: não ser capaz de prever para onde nosso trabalho levará.”

Os pesquisadores publicaram suas descobertas na revista Science .