Imagine desenhar algo delicado como uma célula viva – sem danificá -la. Pesquisadores da Universidade do Missouri fizeram essa descoberta revolucionária usando uma combinação inesperada de ferramentas: etanol congelado, vigas de elétrons e micróbios roxos.
Ao avançar um método chamado litografia de gelo, a equipe conseguiu afetar modelos incrivelmente pequenos e detalhados diretamente em superfícies biológicas frágeis.
Embora a litografia tradicional seja comumente usada para criar pequenos circuitos e outras peças eletrônicas para telefones e computadores, ela é baseada em um processo líquido que pode danificar facilmente materiais delicados, incluindo nanotubos de carbono e membranas orgânicas.
É aqui que a abordagem à base de gelo de Mizzou se distingue. Usando uma camada de etanol congelado em vez de líquido, eles criaram uma maneira mais delicada e precisa de trabalhar com materiais, uma vez considerados muito frágeis para serem gerenciados.
“Em vez de usar um processo litográfico tradicional, que pode ser muito difícil com materiais biológicos delicados, nossa técnica aplica uma fina camada de gelo para proteger a superfície do material enquanto o modelo é feito”, disse Gavin King, professor de física e co -autor do estudo. “A camada congelada ajuda a manter tudo estável durante o processo e nos permite trabalhar com materiais biológicos delicados que normalmente seriam danificados substancialmente”.
Mizzou tem uma das únicas três oficinas do mundo – e a única na América do Norte – usando esse método de litografia no gelo. O que distingue o trabalho é o uso do gelo do etanol, que protege materiais biológicos delicados nos quais o gelo regular da água causaria danos.
Para testar seu novo método baseado em métodos, os pesquisadores usaram Halobacterium salinarum, um pequeno microorganismo que torna uma proteína roxa capaz de capturar a luz solar e transformá-la em energia, semelhante à versão natural de um painel solar. Bem conhecido na biologia desde os anos 70, a capacidade desse microbótico de converter com eficiência a luz em energia o torna um candidato promissor para o desenvolvimento de novos tipos de fontes de energia.
Embora a descoberta de Mizzou seja a prova do conceito, a equipe está entusiasmada com seu futuro potencial, incluindo a possibilidade de usar essas delicadas membranas roxas para criar painéis solares.
Como funciona
Veja como funciona o método de litografia de gelo.
Primeiro de tudo, os pesquisadores colocam a membrana biológica em uma superfície fria dentro de um microscópio eletrônico eletrônico. A temperatura é reduzida a níveis extremamente frios, abaixo de -150 ° C, quando eles adicionam vapor de etanol, congela instantaneamente no etanol de gelo e forma uma camada fina e lisa na membrana.
Posteriormente, um raio focado em elétrons desenha pequenos motivos na camada congelada. Uma vez concluído, a superfície é aquecida suavemente. As partes do gelo que não foram afetadas pelo feixe são subliminadas, enquanto o motivo – agora um material sólido – é deixado para trás.
“Os modelos que estamos fazendo são maiores que 100 nanômetros e mais de 1.000 vezes mais finos que uma fechadura de cabelo humano”, disse Dylan Ciaro, estudante de graduação e principal autor do estudo. “É um grande passo para o trabalho com alguns dos componentes mais delicados da biologia”.
Um esforço colaborativo
Essa descoberta dos pesquisadores da Faculdade de Artes e Ciências de Mizzou reúne os campos da biologia, química, física e ciências espaciais e pode transformar a maneira pela qual os cientistas trabalham com os menores tijolos da vida: moléculas, proteínas e átomos.
Suchi Guha, professor de física e co -autor do estudo, contribuiu para identificar a estrutura do material resultante. Usando uma ferramenta de alta sensibilidade que examina como a luz interage com as moléculas, chamada de dispersão de Raman, aprimorada pela superfície, seu laboratório descobriu que o material sólido se comporta de maneira semelhante à fibra de carbono.
Depois de concluir o processo, a membrana roxa permaneceu quase inalterada, perdendo apenas menos que uma anã espessa. Isso mostra que os pesquisadores podem usar esse processo para criar modelos diretamente em materiais orgânicos frágeis sem danificá -los, um desafio que tem cientistas perplexos.
Bernadette Broderick, professora assistente de química e co -autora do estudo, contribuiu para descobrir a presença de Chernene, um produto químico de curta duração que é formado durante o processo do raio de elétrons. King acredita que essa descoberta do Broderick Laboratory, especializada em astroquímica, pode ajudar a explicar como o gelo de Annaol se transforma em um material estável e sólido – um passo crítico para entender a química e a física por trás do método.
“Cada laboratório contribuiu com uma peça diferente do quebra -cabeça”, disse King. “Esse tipo de trabalho em equipe interdisciplinar é o que tornou possível a descoberta”.
