Há um novo material bidimensional aprimorado nos laboratórios. O borofeno, a versão atomicamente fina do boro primeiro sintetizada em 2015, é mais condutivo, mais fino, mais leve, mais resistente e mais flexível do que o grafeno, a versão bidimensional do carbono. Agora, pesquisadores da Penn State tornaram o material potencialmente mais útil ao impor quiralidade – ou handedness – a ele, o que poderia resultar em sensores avançados e dispositivos médicos implantáveis. A quiralidade, induzida por um método nunca antes usado no borofeno, permite que o material interaja de maneiras únicas com diferentes unidades biológicas, como células e precursores de proteínas.
A equipe, liderada por Dipanjan Pan, Professor da Cátedra Dorothy Foehr Huck & J. Lloyd Huck em Nanomedicina e professor de ciência e engenharia de materiais e engenharia nuclear, publicou seu trabalho – o primeiro do tipo, segundo eles disseram – no ACS Nano. “O borofeno é um material muito interessante, pois se assemelha muito ao carbono, incluindo seu peso atômico e estrutura de elétrons, mas com propriedades mais notáveis. Os pesquisadores estão apenas começando a explorar suas aplicações”, disse Pan. “Até onde sabemos, este é o primeiro estudo para entender as interações biológicas do borofeno e o primeiro relato de imposição de quiralidade em estruturas de borofeno”.
Quiralidade refere-se a similaridades, mas não idênticas, como as mãos esquerda e direita. Em moléculas, a quiralidade pode fazer com que unidades biológicas ou químicas existam em duas versões que não podem ser perfeitamente correspondidas, como em uma luva esquerda e direita. Elas podem se espelhar precisamente, mas uma luva esquerda nunca se ajustará tão bem à mão direita quanto à mão esquerda.
O borofeno é estruturalmente polimórfico, o que significa que seus átomos de boro podem ser dispostos em diferentes configurações para dar-lhe diferentes formas e propriedades, assim como o mesmo conjunto de blocos de Lego pode ser construído em diferentes estruturas. Isso dá aos pesquisadores a capacidade de “ajustar” o borofeno para dar-lhe várias propriedades, incluindo quiralidade.
“Dado que este material tem um potencial notável como substrato para sensores implantáveis, queríamos aprender sobre seu comportamento quando exposto a células”, disse Pan. “Nosso estudo, pela primeira vez, mostrou que várias estruturas polimórficas de borofeno interagem de maneira diferente com as células e seus caminhos de internalização celular são ditados de maneira única por suas estruturas”.
Os pesquisadores sintetizaram plaquetas de borofeno – semelhantes aos fragmentos celulares encontrados no sangue – usando síntese em estado de solução, que envolve a exposição de uma versão em pó do material a um líquido para um ou mais fatores externos, como calor ou pressão, até que se combinem no produto desejado. “Nós fizemos o borofeno submetendo os pós de boro a ondas sonoras de alta energia e depois misturamos essas plaquetas com diferentes aminoácidos em um líquido para impor a quiralidade”, disse Pan. “Durante esse processo, notamos que os átomos de enxofre nos aminoácidos preferiram aderir ao borofeno mais do que os átomos de nitrogênio dos aminoácidos”.
Os pesquisadores descobriram que certos aminoácidos, como a cisteína, se ligariam ao borofeno em locais distintos, dependendo de sua quiralidade. Os pesquisadores expuseram as plaquetas de borofeno quiralizadas a células de mamíferos em uma placa e observaram que sua quiralidade mudou como elas interagiam com as membranas celulares e entravam nas células.
De acordo com Pan, essa descoberta poderia informar futuras aplicações, como o desenvolvimento de imagens médicas de alta resolução com contraste que poderia rastrear precisamente as interações celulares ou uma melhor entrega de medicamentos com interações material-célula direcionadas. Criticamente, disse ele, entender como o material interage com as células – e controlar essas interações – poderia um dia levar a dispositivos médicos implantáveis mais seguros e eficazes.
“A estrutura única do borofeno permite um controle magnético e eletrônico eficaz”, disse Pan, observando que o material poderia ter aplicações adicionais em saúde, energia sustentável e muito mais. “Este estudo foi apenas o começo. Temos vários projetos em andamento para desenvolver biossensores, sistemas de entrega de medicamentos e aplicações de imagem para o borofeno”.
Além de Pan, outros autores do estudo incluem Teresa Aditya, pesquisadora pós-doutoral em engenharia nuclear; Parikshit Moitra, professor assistente de pesquisa em engenharia nuclear na Penn State durante o estudo e atual professor assistente no Instituto Indiano de Educação e Pesquisa Científica; Maha Alafeef, cientista pesquisadora na Penn State durante o estudo e atual professora assistente na Universidade de Ciência e Tecnologia da Jordânia; e David Skrodzki, assistente de pesquisa de pós-graduação em ciência e engenharia de materiais na Penn State.
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