Mini-pinças acústicas

Photobucket

Manipulando pequenos animais com ondas de som

Traduzido de: Manipulating Tiny Animals with Sound Waves

Um esquema que mostra como asa pinças acústicas funcionam. As peças dentadas intercaladas representam as pinças acústicas. Esses dispositivos geram ondas acústicas superficiais, representadas pelas ondulações em azul.
Crédito da Imagem: Xiaoyun Ding, Sz-Chin Steven Lin, Stephen J. Benkovic, Tony Jun Huang

Pesquisadores criam um novo tipo de “pinças”

Publicado em: 25 de junho de 2012
Por: Charles Q. Choi, Contribuidor do ISNS

(ISNS) —  Cientistas desenvolveram “pinças acústicas” que podem manipular células sanguíneas e vermes microscópicos sobre uma plataforma do tamanho de uma moeda de dez centavos, usando ondas de som¹ para puxar e empurrar materiais, tal como os “raios tratores” da ficção científica

O delicado controle que este dispositivo dá aos pesquisadores para manipular organismos em laboratórios do tamanho de microchips, poderá levar a uma grande gama de descobertas médicas – é o que os inventores propõem.
Os cientistas estão miniaturizando beckers, conta-gotas e outros instrumentos de laboratório para criar laboratórios-em-chips, com o fito de realizar milhares de experiências ao mesmo tempo, o que pode ajudar a descobrir mais rapidamente curas e, potencialmente, salvar muitas vidas. Os pesquisadores necessitam manipular itens dentro desses micro-laboratórios com a mesma precisão que têm com suas mãos – e, até certo ponto, eles podem fazer isso com as assim chamadas “pinças ópticas” que usam feixes de laser para pegar e mover objetos.
O problema com as pinças ópticas é que os lasers podem queimar organismos, e, em todo caso, são caros, volumosos e difíceis de operar. Outras alternativas às pinças ópticas têm, cada uma, suas desvantagens – por exemplo, pinças magnéticas precisam de alvos cobertos por materiais magnéticos, o que pode danificar as células.
Agora, os cientistas descobriram que pinças acústicas podem usar as ondas de som para controlar esses itens, não importa quais sejam suas propriedades ópticas, elétricas ou magnéticas, o que as torna mais versáteis do que suas antecessoras.
“A manipulação é obtida sem contato físico, tal como se fosse controlada por uma mão virtual”, diz o pesquisador Tony Jun Huang, um bioengenheiro da Universidade do Estado da Pennsylvania.
As ondas acústicas são geradas por meio de eletrodos feitos de ouro que se parecem com pentes, com dentes de 25 a 50 micrômetros – ou milionésimos de metro – de largura. Estes são depositados sobre cristais de niobato de lítio, um material que converte eletricidade em vibrações. O formato dos eletrodos permite que eles produzam um espectro de frequências sonoras com os cristais.
Os geradores de som foram posicionados em volta de um chip quadrado de borracha de silício medindo 2,5 mm de lado. Sintonizando cuidadosamente as frequências, os cientistas conseguiram forçar os itens a ir para o ponto onde as ondas acústicas se cancelavam por interferência.
Durante as experiências, os pesquisadores puderam mover objetos nas escalas de micrômetros a de milímetros, inclusive contas de plásticos, células de sangue bovino e até animais inteiros, tais como o verme milimétrico Caenorhabditis elegans – aprisionando ele em uma determinada posição, movendo-o de um lado para outro e até esticando ele.
“Eu fiquei totalmente surpreso com que eles tenham conseguido capturar um organismo inteiro, tal como o C. elegans“, declarou o engenheiro biomédico Eric Pei-Yu Chiou da Universidade da California em Los Angeles, que não participou da pesquisa. “Não conheço qualquer outra tecnologia capaz de fazer isso de maneira bio-compatível”.
Comparadas com as pinças ópticas, as pinças acústicas podem ser integradas em chips sem precisar de componentes ópticos ou de laser que são caros e grandes. Em princípio também, elas podem manipular até dezenas de milhares de objetos simultaneamente, uma tarefa desafiadora para as pinças ópticas. Além disso, elas são significativamente mais seguras para organismos vivos, já que a densidade de energia sobre os alvos é 10 milhões de vezes menor.
“As pinças acústicas são tão não invasivas como muitas tecnologias de ultrassom de baixa potência”, diz  Huang, acrescentando que um exemplo disso é o imageamento por ultrassom empregado em mulheres grávidas.
As pinças acústicas podem auxiliar os pesquisadores a ver como células respondem a mudanças de ambiente, movendo-as de um ambiente para outro, e a capacidade de ver como as células mudam e respondem à pressão física, pode também auxiliar na compreensão da atividade de tecidos vitais, tais como músculos cardíacos e vasos sanguíneos.
“Isso poderia, por exemplo, ajudar a mostrar como as células respondem a uma série de tratamentos com fármacos, ou a pulsos de uma droga, em oposição a um gradiente contínuo delas”, declara o pesquisador Stephen Benkovic, um bioquímico da Universidade do Estado da Pennsylvania. “Poderíamos aprender mais sobre alta pressão sanguínea ou músculos sob tensão, dessa forma”.
Uma das vantagens que as pinças ópticas ainda têm é que elas são atualmente capazes de controlar itens  menores do que as pinças acústicas, até o tamanho de poucos nanômetros ou bilionésimos de metro. Os pesquisadores esperam ser capazes de atingir esses finos níveis de manipulação com pinças acústicas, usando ondas acústicas de frequências mais altas, “embora tenhamos que ser muito cuidadosos, uma vez que frequências mais altas podem danificar as células”, concede Huang.
Os cientistas detalham suas descobertas na edição online de 25 de junho de Proceedings of the National Academy of Sciences.

Charles Q. Choi é um escritor de ciências freelance da cidade de New York City que já escreveu para The New York Times, Scientific American, Wired, Science, Nature, e várias outras publicações.

Nota do tradutor:

1 – Por “ondas de som”, entenda-se quaisquer ondas mecânicas, da mesma forma que a expressão “luz” tem sido empregada para qualquer radiação eletromagnética – como consequência, os termos “luz visível” e “som audível” se referem ás faixas perceptíveis pelos nossos sentidos de visão e audição.

O guia do mochileiro das profundezas

Traduzido de: Hitchhiker’s Guide to The Deep


 

Criaturas dos abismos invadem o mundo da superfície

Por Cheryl Dybas, NSF (703) 292-7734 cdybas@nsf.gov

 

Photo of the submersible Alvin collecting samples from The Deep.

O submersível Alvin trouxe consigo alguns inesperados “caronas” das profundezas.
Crédito e imagem ampliada

8 de junho de 2012

“Não entre em pânico”, poderia ter dito Douglas Adams.

Autor da novela de ficção científica O Guia do Mochileiro das Galáxias, Adams sempre recomendava “não entre em pânico” sempre que se confrontasse invasores.

O que Adams pode não ter sabido é que o espaço interior dos oceanos esconde alienígenas tão cheios de recursos como qualquer outro que espreita no espaço exterior.

“E agora esses moradores das profundezas dos mares viraram a mesa contra nós”, diz Janet Voight, uma bióloga do Museu Field de História Natural em Chicago.

Voight e outros cientistas que estudam as fontes hidrotermais do oceano profundo, descobriram que algumas formas de vida podem sobreviver às extremas mudanças de pressão do fundo do oceano para a superfície do mar.

Em um recente mergulho do submersível de pesquisa oceânica profunda Alvin, alguns companheiros – 38 deles, para ser exato – acharam o caminho para a superfície.

Lepetodrilus gordensis, é o nome do invasor. É um tipo de caracol marinho chamado lapa, bem conhecido pela sua habilidade de grudar como cola a diversas superfícies.

“Entretanto, ninguém pensou que isso incluísse os instrumentos de um submersível”, comenta Voight.

Photo of limpets brought up topside.

Um aglomerado de invasores – lapas do fundo do oceano – que subitamente apareceram na superfície.
Crédito e imagem ampliada


A fauna nas fontes hidrotermais das profundezas dos mares estão entre as mais isoladas e inacessíveis da Terra. A vida nessas “fontes” se baseia em um processo chamado quimiossíntese, que, diferentemente da fotossíntese, não depende da luz do Sol. Em lugar disso, ele subsiste em substâncias químicas expelidas pelas próprias fontes.

“As fontes hidrotermais só podem ser visitadas por veículos especiais submarinos, os quais podem se mover livremente entre elas”, escreveram Voight e seus colegas em um artigo publicado recentemente em Conservation Biology.

Os co-autores do artigo são Raymond Lee da Universidade do Estado de Washington, Abigail Reft da Universidade do Estado de Ohio e Amanda Bates da Universidade da Tasmania.

“Os pesquisadores supunham que os indivíduos da fauna da fonte, se fossem trazidos à superfície, seriam mortos pela mudança da pressão da água”, explica Voight. “Claramente não é assim”.

Depois de um mergulho do Alvin, Voight encontrou as 38 lapas das fontes em amostras tiradas de outro local submarino onde não há fontes hidrotermais – e, portanto, não há lapas das fontes.

Photo of Lepetodrilus gordensis, the limpet species found on the submersible.

Um grupo de Lepetodrilus gordensis, a espécie de lapa encontrada no submersível.
Crédito e imagem ampliada

Os cientistas tinham coletado amostras de um habitat sem lapas ao longo da Serra Juan de Fuca, uma cordilheira submarina nas profundezas do Pacífico Noroeste. Mas quando Voight foi examinar o “tesouro”, ele continha lapas.

“O que está errado aqui?”, ela se perguntou. “Bem, essa espécie de lapa só era conhecida nas fontes da Cordilheira Gorda, 635 quilômetros ao sul de Juan de Fuca.”

A pergunta passou a ser: como as lapas chegaram a mais de 600 km de seu habitat? “A única resposta é que elas devem ter sido transportadas pelo submersível”.

O que serve para mostrar, segundo Chuck Lydeard, diretor de programa na Divisão de Biologia Ambiental da Fundação Nacional de Ciências(NSF), que financiou a pesquisa, “que a humanidade não pode supor coisa alguma acerca da capacidade de dispersão de outros organismos, inclusive aqueles que se pensa que estão restritos aos ambientes mais extremos do planeta”.

A introdução inadvertida de uma nova espécie em um ecossistema é um dos maiores desafios aos esforços de conservação.

Como uma espécie reagirá ao novo ambiente e o efeito que terá se ela começar a se reproduzir e predominar, é imprevisível.

“A perfuração de águas profundas e atividade de submersíveis podem aumentar a probabilidade dessas introduções”, acrescenta Voight, “mas até agora se considerava que as fontes hidrotermais eram isoladas demais para serem uma fonte de invasores”.

Photo of limpets covering the deep-sea floor near a hydrothermal vent.

Caracóis em cima de caracóis recobrem o chão das profundezas do mar perto de uma fonte hidrotermal.
Crédito e imagem ampliada

Em áreas costeiras, uma das maiores ameaças de espécies invasivas é a introdução de doenças. Patógenos recém-incluídos podem causar a morte em massa das espécies nativas. As doenças que possam existir em ambientes extremos, tais como as fontes hidrotermais, não foram bem estudadas, lembra Voight.

“Claramente é possível introduzir acidentalmente uma espécie – e as doenças que ela potencialmente carregue – de uma fonte do mar profundo a uma nova localização”, acrescenta ela. “Isso tem implicações para a exploração futura das fontes hidrotermais. E também revela o risco potencial de mudanças introduzidas pela ação humana em ecossistemas, mesmo naqueles ecossistemas que a maioria de nós jamais chegará a ver”.

A descoberta é uma valiosa lição para os cientistas e operadores de veículos que trabalham nas profundezas dos mares, diz Brian Midson da Divisão de Ciências Oceânicas da NSF.

“Uma potencial fertilização cruzada e a contaminação das fontes hidrotermais e outros locais tem que ser considerada durante as atividades pré e pós-mergulho”, afirma Midson. “Esta nova informação vai resultar em discussões futuras entre as tripulações dos navios e os cientistas pesquisadores acerca da necessidade de uma limpeza rigorosa e da inspeção dos mecanismos de coleta de amostras e dos veículos, antes e depois de cada mergulho”.

Photo of Alvin's manipulator arm and sampling device.

O Alvin com o braço de manipulação e o dispositivo coletor de amostras – os caracóis podem ter se fixado aqui.
Crédito e imagem ampliada

As lapas que Voight achou pegaram uma carona em algum lugar do coletor de amostras do submersível, ela acredita, “talvez no tubo corrugado, onde ficou água suficiente para mantê-las vivas”.

“A substituição do tubo corrugado por um tubo liso pode ajudar a impedir os transplantes inadvertidos de biota, mas qualquer superfície ou rugosidade do submersível ou seus equipamentos pode servir como refúgio”.

Os cientistas urgem que outros pesquisadores presumam que clandestinos “fisiologicamente rústicos” podem estar presentes em instrumentos de pesquisa de águas profundas e tomem precauções para não transportar espécies não-nativas de e para as profundezas.

“Impedir essas introduções é de capital importância”, declara Voight, “para manter intactos os ecossistemas das fontes termais”.

Planeje com antecedência para a eventualidade de invasores, poderia ter sugerido Douglas Adams, mas “não entre em pânico”.

Pelo menos, não por enquanto…


 

 

 

 

 


Sobre ScienceBlogs Brasil | Anuncie com ScienceBlogs Brasil | Política de Privacidade | Termos e Condições | Contato


ScienceBlogs por Seed Media Group. Group. ©2006-2011 Seed Media Group LLC. Todos direitos garantidos.


Páginas da Seed Media Group Seed Media Group | ScienceBlogs | SEEDMAGAZINE.COM