Qual é o som de um polímero em colapso?
A tecnologia do som revela o que a visualização não consegue alcançar
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Não é fácil acompanhar em tempo real as interações de grandes moléculas com a água. Mas isso pode ser mais fácil de ouvir do que de ver. Foi assim que uma equipa internacional decifrou o papel da água no colapso do PNIPAM.
Alguns polímeros reagem ao seu ambiente com alterações conformacionais: um deles é o polímero PNIPAM, abreviatura de poli(N-isopropilacrilamida). É solúvel em água abaixo de cerca de 32 graus Celsius, mas acima desta temperatura precipita e torna-se hidrofóbico. Isto qualifica-a para aplicações de sensores inteligentes. Mas o que é que acontece de facto entre o PNIPAM e o solvente água? Investigadores da Ruhr University Bochum, na Alemanha, e da University of Illinois Urbana Champaign colaboraram com especialistas em produção de som da Symbolic Sound Corporation para investigar esta questão. Utilizando a representação sonora, conseguiram, pela primeira vez, decifrar a interação das moléculas de água com o PNIPAM. Os seus resultados serão publicados na revista Proceedings of the National Academy of Sciences PNAS em 4 de fevereiro de 2026.
A água puxa os cordelinhos
O papel do solvente, a água, é muitas vezes relegado para segundo plano quando os investigadores analisam o movimento de polímeros como as proteínas ou o PNIPAM de engenharia humana. "E, no entanto, a água forma ligações de hidrogénio entre as moléculas de água e a água e o polímero, e estas ligações de hidrogénio organizam tanto a estrutura da água como a estrutura do polímero", afirma a Professora Martina Havenith-Newen, titular da Cátedra de Química Física II na Universidade do Ruhr de Bochum e porta-voz do Cluster de Excelência Ruhr explora Solvation RESOLV. "A água desempenha um papel importante na forma como os polímeros se expandem, contraem ou dobram dentro do solvente".
Cientistas da Ruhr University Bochum, especialistas em sonificação da Symbolic Sound Corporation e investigadores da University of Illinois Urbana Champaign juntaram-se para ver como o PNIPAM se contrai e expande na água, o solvente universal do corpo humano, e qual o papel da água neste processo. Para tal, o investigador de pós-doutoramento Wanlin Chen, fundado com o programa Henriette Scout da Fundação Alexander von Humboldt, realizou longas simulações em supercomputador que seguem o movimento do PNIPAM na água durante milhares de milhões de passos de tempo.
O som é a chave
O enigma estava na análise dos dados: há muitos milhares de moléculas de água à volta do PNIPAM, que formam e quebram centenas de ligações de hidrogénio com o PNIPAM a toda a hora, pelo que era difícil de visualizar utilizando a visualização convencional por computador. A equipa trouxe consigo Carla Scaletti e Kurt Hebel, que estão a desenvolver a Análise Auditiva, uma técnica que utiliza a sonificação (transformar dados em som) de forma complementar à visualização (transformar dados em vídeos ou imagens). "A sonificação tem a vantagem de, com séries temporais complexas de dados, o cérebro humano ser muito bom a discernir padrões em formas de onda de áudio que surgem de muitos eventos quase simultâneos", explica Martin Gruebele, um professor convidado também financiado pela fundação Alexander von Humboldt.
Utilizando a sonificação, os investigadores descobriram que o PNIPAM, à medida que se contrai, não forma muitas ligações diretas de hidrogénio, mas que a sua estrutura é organizada por "pontes de água", em que uma molécula de água faz ligações entre duas partes do PNIPAM. O próprio PNIPAM forma também uma ligação invulgar, em que dois átomos de hidrogénio ligados a átomos de azoto se alinham. Tudo isto pode ser ouvido e diferenciado quando diferentes sons são atribuídos a diferentes tipos de ligações, mesmo quando dezenas dessas ligações se formam e dissolvem num dado momento.
A análise quantitativa posterior da simulação por computador revelou que as pontes de água não são aleatórias, mas estão correlacionadas umas com as outras à medida que o PNIPAM colapsa para uma forma compacta, mas com a água a puxar as cordas no processo, e não tanto com os contactos diretos do PNIPAM. "A investigação ajuda-nos a compreender como surge o comportamento invulgar de alguns polímeros, tão úteis em aplicações biomédicas e na deteção", afirma Martina Havenith.
Observação: Este artigo foi traduzido usando um sistema de computador sem intervenção humana. A LUMITOS oferece essas traduções automáticas para apresentar uma gama mais ampla de notícias atuais. Como este artigo foi traduzido com tradução automática, é possível que contenha erros de vocabulário, sintaxe ou gramática. O artigo original em Inglês pode ser encontrado aqui.
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