Por Paula Borges Monteiro                                                                                                         Profa. do Grupo de Estudos em Tópicos de Física – IFSC

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A imagem de uma janela ou uma taça sendo quebrada pelo grito de uma pessoa não é estranha para nós. E se eu dissesse que é possível mover ou manipular um objeto utilizando o som! É isso mesmo, ondas sonoras podem funcionar como pinças acústicas que prendem, movem, selecionam e manipulam pequenas estruturas como células e partículas em ambientes fluidos! É claro que não estamos falando do som que produzimos e sim do ultrassom.

A revista científica Nature publicou em janeiro de 2015, o artigo cuja tradução é “Biofísica: usando som para mover células”, no qual Vivien Marx, editora de tecnologia da revista, nos traz notícias sobre o avanço nas pesquisas de aprisionamento e manipulação de partículas usando ondas sonoras. Em abril de 2014 publicamos, aqui no Cientistas descobriram que, um texto (Minúsculas partículas presas pela luz poderiam funcionar como espelhos gigantes!) no qual discutíamos brevemente a capacidade da luz de realizar as mesmas tarefas. Foi mesmo inspirado na técnica conhecida como pinça óptica que pesquisadores começaram a desenvolver projetos para averiguar o uso de ondas acústicas como manipuladoras de organismos vivos.

Para entender como funciona o processo de aprisionamento, ou manipulação de uma partícula em uma pinça acústica, precisamos saber o que é um transdutor e o que é um material piezoelétrico. O transdutor é qualquer dispositivo que transforma uma forma de energia em outra. Podemos citar, como exemplo, um microfone, ou a nossa retina; o primeiro transforma energia sonora (voz) em energia elétrica e a segunda transforma a energia luminosa (luz) em energia eletroquímica que é decodificada pelo cérebro como uma imagem. Já um material piezoelétrico é aquele que altera sua forma quando aplicamos uma tensão elétrica, ou gera uma tensão elétrica quando aplicamos uma força sobre sua superfície. Um material piezoelétrico bastante utilizado é o cristal titanato zirconato de chumbo (PZT). Este material forma cristais que mudam cerca de 0,1% de sua dimensão quando uma tensão elétrica é aplicada. O PTZ, em especial, possui boa resistência à temperatura (que também pode alterar as suas características) e baixo custo.

Podemos imaginar uma pinça acústica como uma pequena placa composta de diferentes transdutores de material piezoelétrico imersos em um fluido. Ao aplicarmos uma tensão alternada de determinada frequência sobre o piezoelétrico, este começa a vibrar como um pistão. O movimento do pistão forma ondas acústicas que se propagam através do fluido, provocando o mesmo tipo de onda que observamos ao jogar uma moeda em um lago. A pressão da onda pode empurrar pequenas partículas como uma célula. Se dois pistões com a mesma frequência estão em posições opostas, as ondas emitidas formarão uma configuração de regiões tranquilas e regiões com diferentes pressões. Nas regiões tranquilas, o movimento da partícula cessa, ou seja, ela é armadilhada. Esse é o mecanismo geral da manipulação do movimento de pequenas partículas em uma “paisagem de energia acústica”.

Em comparação com uma pinça óptica, as pinças acústicas possuem vantagens como não exigirem que o material a ser manipulado seja transparente à luz utilizada. Além disso, o seu tamanho pode chegar a ser menor que um cartão de crédito enquanto para o funcionamento de uma pinça óptica são necessários equipamentos de difícil miniaturização. Um dos desafios comum aos dois dispositivos é o controle de temperatura, já que os piezoelétricos dissipam energia durante seu movimento, aquecendo o meio.

As pinças sonoras podem ser utilizadas em diversas aplicações biológicas. Métodos acústicos podem ajudar a criar placas de Petri ‘inteligentes’ com substratos especialmente modelados pela engenharia de tecidos; podem transferir células ou mover nanopartículas, in vivo, em diversos modelos de organismos; e podem guiar o crescimento dos celulares responsáveis pela comunicação entre os neurônios. Vários desses projetos estão em andamento, esperamos que esta ferramenta seja música para os ouvidos dos envolvidos no estudo da ciência da vida.

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