Como estudante de doutorado na Universidade de Harvard, a engenheira Sindy KY Tang estudou com o famoso químico George M. Whitesides - um pioneiro em nanociência, um campo que agora informa tudo, desde eletrônica até diagnósticos médicos. Enquanto Tang estava em sua equipe, Whitesides estava envolvido em um projeto da DARPA para encontrar formas de codificar mensagens em bactérias. No sistema que ele e seus colegas desenvolveram, as mensagens poderiam ser codificadas como pontos de bactérias em uma placa e decodificadas pela adição de um agente químico específico que, quando encontrasse as bactérias, causaria um brilho fluorescente. O padrão poderia então ser traduzido para revelar uma mensagem secreta.
Quatro anos depois, Tang está aplicando a mesma ideia em seu laboratório em Stanford, onde é professora assistente de engenharia mecânica. Mas em vez de enviar mensagens de um lado para o outro, ela está usando química para detectar contaminantes na água. Quando deixado cair em um riacho ou poço, seu dispositivo, um protótipo que foi recentemente descrito na revista Lab on a Chip, produz um código de barras que indica tanto a concentração quanto o paradeiro de poluentes, como chumbo, na água - sem eletricidade.
O dispositivo, que atualmente tem aproximadamente o tamanho de um dedo mindinho, facilita uma reação química controlada à medida que ele se move pela água. O invólucro de silicone transparente contém dois tubos finos, cada um preenchido com um composto de gel. Uma extremidade de cada tubo conecta-se a um reservatório contendo um reagente químico; a outra extremidade está aberta para o ambiente, para que a água possa penetrar no dispositivo.
A substância química no reservatório se move através dos tubos de gel a uma taxa previsível. Conforme o dispositivo se move para baixo, a água flui para o gel do outro lado. Se o produto químico selecionado estiver presente - neste caso inicial, chumbo - ocorre uma reação, criando uma marca insolúvel e visível no tubo. Essas marcações criam um código de barras que os cientistas podem ler para determinar a quantidade e a localização do chumbo em um determinado suprimento de água.
A equipe de Tang realizou com sucesso testes com duas amostras diferentes de água, ambas em béqueres em seu laboratório. Os pesquisadores lentamente acrescentaram chumbo às amostras de água, uma do laboratório e outra de um risco de água no campo de golfe de Stanford, e depois puderam ver suas adições codificadas no sensor posteriormente. Antes que eles possam testar as cápsulas no campo, no entanto, eles precisarão configurar uma maneira de coletá-las após a implantação. Uma solução possível seria adicionar pequenas partículas magnéticas no invólucro de silicone e usar um imã para pescá-las no outro lado.
Neste momento, o sensor ainda não é muito preciso. "Nosso limite de detecção é muito alto, então não seremos capazes de detectar [chumbo] até que ele já esteja muito concentrado", explica Tang. E sua química só é capaz de detectar chumbo neste momento. Mas, daqui para frente, a cápsula poderia ser modificada para verificar outros contaminantes comuns. O invólucro de silicone pode conter vários tubos sintonizados para diferentes contaminantes, como mercúrio e alumínio, permitindo que os usuários realizem uma triagem de amplo espectro em um único teste. Tang salienta que o dispositivo ainda é apenas uma prova de conceito e está longe de ser implementado. "Queríamos mostrar como a ideia funcionaria - que você pode usá-la e aplicar outra química", diz ela.
Se bem sucedido, o sistema de Tang resolveria um grande enigma de teste de água. O protótipo atual representa a primeira vez que alguém foi capaz de detectar mais do que uma resposta “sim ou não” sobre a contaminação por metais pesados em fontes de água. Os métodos atuais, como o remoto handheld chamado ANDalyze, devem remover amostras de uma fonte de água para teste. Nesse caso, explica ela, os usuários podem identificar a presença de metais, mas não têm meios para isolar sua fonte no suprimento de água. Mesmo se os sensores pudessem penetrar em rachaduras e fissuras para alcançar as águas subterrâneas, a delicadeza dos componentes eletrônicos também significa que eles podem não sobreviver bem no subsolo, onde o calor e a pressão aumentam significativamente.
Em seu tamanho atual, o sensor de Tang poderia ser usado para encontrar poluentes e suas fontes em fluxos, mas colocar o sistema em uma nanoescala - cerca de um milímetro - é o seu objetivo final. “A motivação original real estava na necessidade de se sentir no subsolo, onde você teria um buraco ou um poço onde não é possível dispersar sensores e coletá-los na outra extremidade [usando a tecnologia atual]”, explica ela. Como Tang disse à Stanford News, “as cápsulas teriam que ser pequenas o suficiente para caberem nas rachaduras nas camadas rochosas e robustas o suficiente para sobreviver ao calor, pressão e ambiente químico severo abaixo do solo.” Outra grande peça do quebra-cabeça: Tang isn Ainda não sei como coletar os sensores após a dispersão.
Há muita água para a tela. Segundo a Agência de Proteção Ambiental, cerca de 95% de todos os recursos de água doce dos EUA são subterrâneos. Essas fontes são suscetíveis a uma ampla variedade de poluentes que penetram no fornecimento de encanamentos, indústrias e resíduos em geral. Também pode haver uma quantidade razoável de medicamentos prescritos também.
Em última análise, o processo de miniaturização, que segundo Tang ainda está a anos de distância, também pode gerar uma mudança no design. Em vez de tubos lineares que correm em paralelo, os sensores do tamanho de milímetros seriam pontos redondos, ela postula. Nesse caso, o código de barras se apresentaria como círculos em vez de listras, "como anéis em uma árvore", diz ela.
