Um termômetro pode medir a temperatura de uma célula?

Por Victor Hugo Vitorino Sarmento – Dep. de Química – UFS

O termômetro é, sem dúvida alguma, um instrumento indispensável na nossa sociedade. Quem nunca teve uma febre no meio da noite e a mamãe, com toda a preocupação do mundo, colocou um termômetro embaixo do nosso braço e mediu a temperatura do nosso corpo? Era o que auxiliava na decisão entre tomar um antitérmico e voltar para cama ou tomar um banho e correr diretamente para o hospital!

Figura 1. (a), (b) Esquema da medição de temperatura usando um sensor de fibra óptica em um circuito integrado com trilhas de larguras diferentes (até 200 μm) cobertas por camadas sobrepostas de nanopartículas de íons Eu3+ e Tb3+ dispersas em filmes poliméricos, cobertas por uma camada de óxido de silício (SiO2) e de outra camada magnética, formada por íons de óxido de ferro em escala manométrica.

Avaliar a temperatura de um corpo, utilizando um critério “sensitivo” como o tato é vago e impreciso, por isso a necessidade de estabelecer um instrumento padronizado que possibilite medir a temperatura independente dos sentidos. Daí a importância do termômetro!

Segundo alguns relatos, a necessidade de avaliar a temperatura vem desde do século II a.C. Galeno, médico grego, sugeriu uma escala com quatro divisões numeradas acima e abaixo de um ponto neutro, o que atribuiu a temperatura de “4 graus de calor” à água fervente, a temperatura de “4 graus de frio” ao gelo e a temperatura “neutra” à mistura de quantidades iguais das duas substâncias.

Após isto, diversos cientistas iniciaram uma verdadeira saga para melhorar a instrumentação e a precisão das medidas. Podemos citar nomes como Harme de Berna, Galileu Galilei (1564-1642), Giambalista Porta (1538-1615), Robert Boyle (1627-1691), Robert Hooke (1635-1703) e Ole Roemer (1644-1710). Entretanto, foram três cientistas que conseguiram difundir no meio científico suas escalas termométricas e que são bastante utilizadas desde do século XIX até os dias atuais: René-Antoine Réaumur (1683-1757), Daniel Fahrenheit (1686-1757) e Anders Celsius (1701-1744).

William Thomson (1824-1907), mais tarde Lord Kelvin, estabeleceu em 1848, a escala absoluta que tem origem no zero absoluto, temperatura em que a agitação térmica das moléculas cessa. Este método de medir a temperatura baseado em considerações termodinâmicas foi considerado um avanço extraordinário quando comparado as escalas termométricas baseadas em pontos arbitrários estabelecidos pelos cientistas anteriores.

Apesar da escala Kelvin se basear no grau de agitação das moléculas (entidades ínfimas em seu tamanho) surge uma pergunta: Os termômetros convencionais são capazes de medir variações de temperatura em nível molecular? A resposta é não! Tais termômetros não conseguem medir a temperatura a escalas abaixo de 10 μm (cerca de dez vezes menos do que o diâmetro médio do cabelo humano). Então imagine por exemplo, se existisse um termômetro que pudesse medir a temperatura de uma célula!

Cientistas descobriram que é possível medir a variação da temperatura em nível molecular a partir do desenvolvimento dos chamados nanotermômetros luminescentes. Esses dispositivos utilizam materiais luminescentes, tais como os íons lantanídeos európio (Eu3+), térbio (Tb3+), itérbio (Yb3+) e érbio (Er3+) que emitem luz com intensidade dependendo da temperatura do meio em que se encontram, ou seja, é possível medir a temperatura analisando as variações de intensidade da emissão de luz desses íons. Os ions Eu3+ e Tb3+, por exemplo, emitem luz nas regiões espectrais do vermelho e do verde.

O grupo de pesquisadores do Centro de Pesquisa em Cerâmicas e Materiais Compósitos (Ciceco) da Universidade de Aveiro em Portugal, liderado pelo Dr. Luis António Dias Carlos, em colaboração com colegas do Instituto de Ciência de Materiais de Aragón da Universidad de Zaragoza, na Espanha. Liderado pelo Dr. Fernando Palacio. Desenvolveram um protótipo do nanotermômetro luminescente (Figura 1). Trata-se de uma placa em escala micrométrica composta por camadas sobrepostas de nanopartículas de íons Eu3+ e Tb3+ dispersas em filmes poliméricos, cobertas por uma camada de óxido de silício (SiO2) e de outra camada magnética, formada por íons de óxido de ferro em escala nanométrica (b). A camada magnética quando exposta a uma fonte de calor (a) aquece e aumenta a temperatura local em torno das nanopartículas de íons Eu3+ e Tb3+ que emitirão diferentes intensidades de luz visível modificando a cor do material e possibilitando, com isso, a determinação da temperatura do local onde foi colocada.

Com a possibilidade de dispersão dos íons lantanídeos em fluídos biológicos, tais como o sangue, o nanotermômetro pode ser utilizado na identificação de células cancerosas, uma vez que estas apresentam temperaturas mais elevadas que uma célula normal. Dessa forma, criam-se perspectivas de estudos para o combate ao câncer de uma forma não invasiva e com alta resolução espacial. Além de determinar a distribuição de temperatura em tecidos biológicos, os nanotermômetros luminescentes poderão ser utilizados para estudar processos bioquímicos que ocorrem no interior das células.

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