Em uma jogada que certamente encantara tanto quimicos quanto pessoas que apreciam metaforas sobre fabricas minusculas, pesquisadores construiram um nanorreator oco de CdS@polidopamina que imita duas caracteristicas-chave das celulas vivas. O design, publicado no Journal of the American Chemical Society, oferece uma nova maneira de reproduzir as funcoes quimicas altamente organizadas das celulas dentro de nanomateriais sinteticos. O pesquisador principal, Prof. LI Can, do Instituto de Fisica Quimica de Dalian (DICP) da Academia Chinesa de Ciencias (CAS), juntamente com a equipe do Prof. Jian Liu, da Universidade da Mongolia Interior, sao os cerebros por tras dessa maravilha microscopica.

As celulas sao basicamente as overachievers originais: elas realizam reacoes bioquimicas complexas com eficiencia e precisao excepcionais, compartimentalizando componentes em espacos rigorosamente controlados. Os cientistas, nunca deixando a biologia mostrar-lhes como se faz, agora estao aplicando esses principios a nanomateriais projetados. Esse campo, chamado engenharia de nanocelulas, visa criar estruturas semelhantes a celulas com superficies especializadas e poros ou cavidades internas. Esses sistemas sinteticos, muitas vezes apelidados de nanorreatores, sao essencialmente o filho do amor entre a biologia celular e a nanotecnologia.

O novo nanorreator exibe duas caracteristicas biomimeticas. Primeiro, ele tem um par redox dinâmico catecol/o-benzoquinona em sua casca de polidopamina, que atua como um relé de protons em vez de uma bomba de protons. Esse par acelera a transferencia de eletrons acoplada a protons (PCET), um processo onde protons e eletrons se movem em sincronia. Segundo, ele possui uma estrutura compartimentalizada: uma cavidade oca em escala nanometrica cercada por uma casca porosa, criando um ambiente confinado que aprisiona fotons e permite o acumulo de reagentes. E como um laboratorio de quimica movido a sol, em miniatura, com sua propria sala de espera.

Essas caracteristicas ajudam a equilibrar as velocidades de reacao da reducao de oxigenio e da oxidacao da agua, duas semi-reacoes que precisam trabalhar em harmonia para a producao de peroxido de hidrogenio. Sob luz visivel em solucao aquosa, o nanorreator alcancou uma taxa de fotossintese de H2O2 de 3,24 mmol gcat.-1 h-1 e uma eficiencia de conversao solar-quimica de 1,2%. Para descobrir como tudo funciona, os pesquisadores usaram espectroscopia in situ, analise fotoquimica, simulacoes de elementos finitos e calculos teoricos. Eles tambem incorporaram os nanorreatores em uma matriz de hidrogel de alginato de sodio, criando fotocatalisadores solidos e reciclaveis que podem sintetizar continuamente H2O2 sob luz solar natural, mantendo um desempenho estavel.

"Nosso estudo fornece uma nova estrategia para a engenharia de nanorreatores biomimeticos que replicam cada vez mais as funcoes sofisticadas das celulas vivas, abrindo novas oportunidades em fotossintese artificial, catalise de energia e quimica sintetica", disse o Prof. Li. Entao, da proxima vez que voce vir uma planta fazendo sua coisa de fotossintese, lembre-se: estamos um passo mais perto de fazer isso em um tubo de ensaio, mas com mais polidopamina.