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.
