Artigo científico em destaque: Interação entre ouro e eumelanina – um material promissor para o desenvolvimento de dispositivos bioeletrônicos.


O artigo científico de membros da comunidade brasileira de pesquisa em Materiais em destaque neste mês é:

Julia Wünsche, Luis Cardenas, Federico Rosei, Fabio Cicoira, Reynald Gauvin, Carlos F. O. Graeff, Suzie Poulin, Alessandro Pezzella, Clara Santato. In Situ Formation of Dendrites in Eumelanin Thin Films between Gold Electrodes.  Advanced Functional Materials, 2013. Article first published online : 10 JUN 2013, DOI: 10.1002/adfm.201300715.

Texto de divulgação:

Interação entre ouro e eumelanina – um material promissor para o desenvolvimento de dispositivos bioeletrônicos

Olhos e ouvidos artificiais e dispositivos que realizem a interface entre o corpo humano e braços robóticos são algumas das aplicações que a Bioeletrônica promete. Ainda em estágio inicial, o desenvolvimento dessa área da pesquisa depende em boa parte do desenvolvimento de materiais que sejam semicondutores e biocompatíveis ao mesmo tempo. Um dos materiais mais promissores e mais estudados no contexto da Bioeletrônica é a eumelanina (um tipo de melanina determinante, por exemplo, na definição da cor dos cabelos dos seres humanos). A eumelanina começou a ser estudada sob a perspectiva da Ciência de Materiais na década de 1960, quando suas características semicondutoras foram descobertas. O problema é que a melanina, tanto a natural quanto a sintetizada por métodos tradicionais, não produz filmes finos de boa qualidade que viabilizem seu uso como material para dispositivos bioeletrônicos.

No ano 2004, no Brasil, mais precisamente na cidade de Ribeirão Preto (SP), na Universidade de São Paulo (USP), o grupo de pesquisa do professor Carlos Graeff desenvolveu uma forma de produzir melanina solúvel em dimetilsulfóxido (DMSO), o que possibilitou a produção de filmes finos de alta qualidade. A descoberta foi publicada no Journal of Non-Crystalline Solids (http://dx.doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2004.03.058). “A partir desta publicação e outras subsequentes recebemos o contato da professora Clara Santato, uma especialista na produção de dispositivos eletrônicos orgânicos da Escola Politécnica de Montréal (Canadá), para desenvolvermos um projeto comum”, relata o professor Graeff, atualmente professor da Universidade Estadual Paulista (Unesp) – campus de Bauru.

A colaboração então iniciada continuou ao longo dos anos e gerou uma pesquisa que demonstrou a existência de peculiares interações entre a eumelanina e o ouro. Os resultados desse trabalho foram publicados online no dia 10 de junho deste ano na prestigiada revista Advanced Functional Materials. O artigo agregou as competências em síntese de DMSO-melanina do professor Graeff, os recursos humanos e materiais para produção e caracterização de dispositivos eletrônicos a base de melanina do grupo da professora Santato e contribuições de outros grupos do Canadá e da Itália.

Dendritos
Dispositivos bioeletrônicos a base de filmes de eumelanina precisam, a princípio, de eletrodos para gerar uma corrente elétrica que flua através da eumelanina. Pensando nisso, os autores do artigo construíram um sistema composto por um substrato de dióxido de silício (SiO2) texturizado com partículas de ouro (os eletrodos) e, entre duas partículas do metal, depositaram o filme de eumelanina. Num contexto de 90% de umidade do ar e temperatura ambiente, aplicaram uma tensão de 1 volt, gerando um eletrodo positivo e outro negativo nas partículas de ouro e um fluxo de corrente elétrica entre elas.

Com o auxílio de um microscópio de força atômica, o experimento permitiu a observação de uma paulatina formação de nanoestruturas sobre o filme. Inicialmente, essas nanoestruturas surgiram próximas ao eletrodo positivo em forma de nanoagregados, compostos basicamente por ouro e por algo de eumelanina. Ao aplicar tensão por mais alguns minutos, novos nanoagregados foram surgindo e se aproximando do eletrodo negativo, até chegar a ele. Nesse momento, começou a nucleação dos nanoagregados, a qual gerou estruturas em forma de dendritos (as ramificações dos neurônios) com alto conteúdo de ouro, surgidas a partir da região de contato com o eletrodo negativo. Enquanto a tensão continuou a ser aplicada, os dendritos continuaram a se formar, chegando a unir o eletrodo negativo ao positivo por meio de suas ramificações.

Além de terem formato parecido, as nanoestruturas dendríticas e os dendritos neuronais se assemelham no papel que desempenham, o de transmitir impulsos elétricos. De fato, os dendritos crescidos no filme de eumelanina demonstraram ser altamente condutores.

Esta imagem de microscopia de força atômica mostra o filme de DMSO-eumelanina hidratado, de 30 nm de espessura, após receber tensão de 1 V durante 3 horas:

A imagem permite ver que os nanoagregados de ouro e eumelanina se formam na região próxima ao eletrodo positivo, avançam pelo filme e se depositam nas proximidades do eletrodo negativo, levando, finalmente, à formação dos dendritos.