Nos estudos de bioquímica e biologia orientados para a área médica é importante determinar a força de interação entre uma célula cancerígena e a substância que deve atacá-la ou entre um vírus e seu antígeno – para citar dois exemplos –, pois o conhecimento das intensidades pode orientar escolhas de maior eficiência. Um dos instrumentos para medir forças tão pequenas, da ordem de 10-12 Newtons, é o chamado microscópio de força atômica (AFM). O pesquisador Alberto Luiz Dario Moreau, orientado pela professora Mônica Alonso Cotta, propôs-se a estudar as condições em que essas interações moleculares podem ser determinadas com a máxima seletividade, o que nem sempre é fácil, diante dos múltiplos fatores intervenientes e que podem levar a resultados não fidedignos. O trabalho foi desenvolvido no Laboratório de Pesquisas em Dispositivos do Departamento de Física Aplicada, no Instituto de Física Gleb Wataghin (IFGW) da Unicamp.

Microscópio de força atômica mede interações moleculares

A professora Mônica Cotta explica que o principal componente de um microscópio de força atômica é uma pequena ponta (ou sonda), geralmente de silício. Cobrindo quimicamente a superfície da ponta com moléculas da substância que contém o grupo funcional que se pretende estudar, o que se chama de funcionalização, e aproximando-a da amostra com a qual deve interagir, é possível sondar forças de adesão entre determinados grupos moleculares. Daí resultou a dissertação de mestrado que estuda o processo de funcionalização de pontas para aplicações biológicas de microscopia de força atômica.

“O objetivo do trabalho foi implementar técnicas de funcionalização de pontas de AFM e superfícies, e determinar os parâmetros que devem ser considerados nos estudos de suas interações, sistematizando os processos de forma a poder aplicá-los em medidas de força entre a ponta e a amostra. Para tanto, utilizamos substâncias de baixa complexidade, estudamos o processamento de pontas com vistas à aplicação desta técnica e analisamos o efeito das pontas sobre as medidas realizadas. Desta forma, foi possível medir forças de interação entre moléculas de tiol com terminação em COOH que levaram a resultados próximos aos valores previstos teoricamente e coerentes com os valores disponíveis na literatura”, esclarece Alberto Moreau.

O pesquisador constata que o processo é bastante complexo devido à grande quantidade de variáveis intervenientes, tanto no processo químico de funcionalização das superfícies quanto no processamento das sondas e controle do microscópio durante as medidas: “Mas com os cuidados necessários desenvolvidos durante a pesquisa, conseguimos tornar o processo controlável e reprodutível. Para isso, contamos também com uma analise extensa por microscopia eletrônica realizada no Laboratório Nacional de Luz Síncrotron para verificar o efeito desta parametrização sobre as pontas utilizadas”, acrescenta.

Mônica Cotta considera que um segundo resultado interessante obtido no estudo tornou factível a sua fabricação com nanotubos de carbono encapsulados: “O processo, desenvolvido em colaboração com o professor Daniel Ugarte, possibilitou a obtenção de pontas de maior resistência e durabilidade, características essenciais para as medidas de força. Além disso, essas pontas fornecem excelente resolução lateral nas medidas topográficas”, afirma. Ela considera que o projeto trouxe para o grupo de trabalho a experiência em medidas de forças de adesão através da microscopia de força atômica, abrindo portas para trabalhos na área de biologia e bioquímica. “Como perspectivas futuras, pretendemos utilizar os conhecimentos adquiridos em procedimentos de funcionalização de nano-objetos com moléculas específicas (proteínas, anticorpos), abrindo caminho para a fabricação de nanosensores biológicos”, conclui.

Os primórdios – Na década de 80 foi desenvolvido o microscópio de tunelamento, STM (scanning tunneling microscope), que permitiu obter imagens e medir propriedades de superfícies condutoras em escala nanométrica e ainda manipular átomos ou moléculas sobre estas superfícies. A invenção do STM desencadeou o desenvolvimento de uma grande variedade de microscópios de varredura por sonda, conhecidos como família SPM (scanning probe microscope). O AFM está entre eles e pode, com pequenas modificações, caracterizar em escala nanométrica diferentes propriedades mecânicas, elétricas e magnéticas de uma amostra, além de sua topografia. O AFM também se mostrou uma ferramenta poderosa para sondar interações moleculares porque mede grandezas na mesma escala das forças de ligações químicas. Está técnica é chamada de espectroscopia de força atômica, AFS (atomic force spectroscopy).

Como funciona?

O processo exige pontas afiladas, as mais finas possíveis, devidamente funcionalizadas, localizadas na extremidade de uma alavanca. Esta pode se deslocar verticalmente pela ação das forças intermoleculares que se manifestam entre as, muito substâncias que revestem a ponta e a superfície. Essas forças, de natureza química, muito pequenas, podem ser até da ordem de piconewtons (10-12 Newtons).

A ilustração esquemática mostra o funcionamento de um AFM em que a amostra é fixada em um sistema de deslocamento de permite o seu movimento em três dimensões (xyz), utilizando cerâmicas piezo-elétricas. Um feixe laser reflete na alavanca e chega a um fotodetector que acusa o movimento da alavanca; isso ocorre quando a amostra se aproxima e encosta na ponta. No destaque é mostrada a interação entre uma ponta e uma amostra funcionalizadas com tiol com terminações CH3 e COOH, respectivamente.