Popeye fez famoso espinafre como um vegetal de construção muscular. Mas os vegetais podem um dia torná-lo mais forte sem ser comido - quando os cientistas os usam para construir uma nova classe de músculos artificiais. Esta semana uma equipe em Taiwan revelou células de cebola banhadas a ouro que prometem expansão, contração e flexão em direções diferentes, assim como o tecido muscular real.
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Os músculos artificiais têm uma ampla gama de possíveis aplicações, desde ajudar os humanos feridos a alimentar robôs, e existem muitas maneiras de tentar construí-los. No ano passado, por exemplo, os cientistas desenvolveram um conjunto de músculos artificiais a partir de linha de pesca simples que poderia elevar 100 vezes mais do que os músculos humanos do mesmo tamanho e peso. Mas não há maneira claramente superior de fazer um músculo falso surgir ainda.
"Há músculos artificiais desenvolvidos usando elastômeros, ligas de memória de forma, compósitos piezoelétricos, polímeros condutores de íons e nanotubos de carbono", diz Wen-Pin Shih, da Universidade Nacional de Taiwan, em Taipei. “Os mecanismos e funções de direção são muito diversos.” Alguns tipos de músculos artificiais são acionados por pressão, como em sistemas pneumáticos, enquanto outros criam movimento por meio de mudanças de temperatura ou corrente elétrica.
Um grande desafio para os fabricantes de músculos artificiais foi a engenharia de seus materiais para dobrar e contrair ao mesmo tempo, da mesma maneira que os músculos reais. Quando alguém flexiona a pose clássica de “fazer um músculo”, por exemplo, seu bíceps se contrai, mas também se inclina para cima para levantar o antebraço. Shih e seus colegas estavam tentando projetar um músculo artificial que pudesse se dobrar e contrair simultaneamente, e descobriram que a estrutura e as dimensões da casca da cebola eram muito semelhantes à microestrutura que tinham em mente.
Para testar o vegetal picante, o grupo de Shih primeiro pegou uma única camada de células epidérmicas de uma cebola fresca e descascada e lavou-a com água. Em seguida, a equipe liofilizou a cebola para remover a água, deixando as paredes celulares intactas. Esse processo tornou a microestrutura rígida e quebradiça, então eles trataram a cebola com ácido para remover uma proteína que endurece as células chamada hemicelulose e restaurar a elasticidade.
As camadas de cebola foram feitas para mover-se como músculos, transformando-as em um atuador eletrostático. Isso significava revesti-los com eletrodos de ouro, que conduzem corrente. O ouro foi aplicado em duas espessuras - 24 nanômetros na parte superior e 50 nanômetros na parte inferior - para criar diferentes rigidez à flexão e fazer as células flexionarem e esticarem de maneira realista. Isso combinou muito bem com a tendência natural da pele da cebola para dobrar em diferentes direções quando submetida a diferentes tensões devido à atração eletrostática.
A equipe fez "pinças" musculares a partir de células da pele da cebola. (Shih Lab, Universidade Nacional de Taiwan) Tensões mais baixas de 0 a 50 volts levaram as células a se alongarem e se achatarem a partir de sua estrutura curvada original, enquanto tensões mais altas de 50 a 1000 volts fizeram com que o músculo veggie se contraísse e se curvasse para cima. Controlando essas tensões para variar os movimentos musculares, dois arranjos de cebola foram usados como pinças para segurar uma pequena bola de algodão, relataram Shih e colegas nesta semana na Applied Physics Letters .
Mas esse sucesso exigiu uma tensão relativamente alta, que Shih chama de principal inconveniente do conceito até hoje. Tensões mais baixas são necessárias para controlar o músculo com baterias minúsculas ou componentes de microprocessador, que seriam mais adequados para implantes de potência ou peças de robô. “Vamos ter que entender melhor a configuração e as propriedades mecânicas das paredes celulares para superar esse desafio”, observa ele.
As células da cebola fornecem algumas vantagens sobre as tentativas anteriores de usar células musculares vivas para criar tecido artificial, diz Shih. "Cultivar células para formar um pedaço de tecido muscular para gerar força de tração ainda é muito desafiador", diz Shih. “As pessoas tentaram usar músculos vivos antes. Mas, então, como manter as células musculares vivas torna-se um problema. Usamos células vegetais porque as paredes das células fornecem força muscular, independentemente de as células estarem vivas ou não.
A durabilidade é um problema, no entanto: O revestimento de ouro ajudou a proteger os músculos da cebola, mas a umidade ainda pode penetrar nas paredes das células e alterar as propriedades do material. Shih tem uma ideia para resolver este problema, que poderá em breve ser posto à prova. "Podemos revestir o músculo artificial da cebola com uma camada de flúor muito fina", diz ele. "Isso tornará o músculo artificial impermeável à umidade, mas não mudará a suavidade do dispositivo."
