Bioeletrônica: Primeiro circuito integrado químico

Quanto totalmente desenvolvido, o processador químico poderá controlar a liberação de moléculas diretamente nas células, por exemplo, controlando o acionamento de nervos e músculos. [Imagem: LiU/Ingemar Franzén]

Lógica química
Cientistas suecos criaram o primeiro circuito integrado químico.
O chip é capaz de fazer cálculos e operações lógicas como um circuito integrado eletrônico comum.
A diferença crucial é que, em vez de eletricidade, o circuito usa compostos químicos circulando através de canais iônicos, similares aos existentes nos seres vivos.
O chip químico é uma decorrência natural de um trabalho divulgado em 2010, quando Klas Tybrandt e seus colegas criaram um transístor iônico, cujo funcionamento depende não de uma corrente de elétrons, mas de um fluxo de íons.

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Os transistores iônicos transportam tanto íons positivos quanto negativos, assim como biomoléculas.
Processamento químico
Nesses últimos dois anos, os pesquisadores trabalharam na combinação dos transistores iônicos negativos e positivos, criando circuitos complementares e portas lógicas similares à organização dos transistores de silício nos chips eletrônicos.
A similaridade com os processadores eletrônicos é praticamente total: o circuito integrado químico baseia sua lógica em transistores de junção iônicos bipolares, que permitem a montagem de inversores e portas lógicas NAND de tipo np (negativo-positivo) e pn (positivo-negativo).
O consumo de energia é baixo e o circuito é totalmente funcional nas condições de altas concentrações salinas típicas dos seres vivos.
Mas a grande vantagem de um processador químico é que ele poderá controlar diretamente as sinalizações celulares, abrindo o caminho para a conexão de circuitos eletrônicos diretamente a seres vivos.
E não apenas a aplicação de fármacos ou a chamada "entrega de medicamentos", mas o roteamento e liberação de padrões complexos de moléculas, de fato controlando o comportamento dos "circuitos fisiológicos".

A similaridade com os circuitos eletrônicos é praticamente total, com os elétrons sendo substituídos pelos íons. [Imagem: Tybrandt et al./JACS]

Controle fisiológico
Embora ainda esteja nos estágios iniciais de desenvolvimento, o processador químico terá potencial para mudar totalmente a forma como são controladas as próteses e os implantes médicos, abrindo possibilidades inteiramente novas para os campos da biônica e da biomecatrônica.
Onde hoje existe um circuito eletrônico para disparar uma corrente elétrica e acionar um nervo, por exemplo, poderá haver a saída de um transístor químico, por onde poderão sair substâncias químicas específicas - os íons - de acordo com a função que se deseja ativar nas células vivas.
"Nós poderemos, por exemplo, enviar sinais para as sinapses, em pontos onde o sistema de sinalização não esteja mais funcionando por alguma razão," disse Magnus Berggren, que coordenou o desenvolvimento do chip químico.
Antes disso, nos próprios laboratórios, os cientistas poderão estabelecer condições onde os experimentos terão níveis de controle que não são possíveis hoje, por exemplo, testando a aplicação de um quimioterápico e, simultaneamente, fármacos adicionais que limitem seus efeitos colaterais.
Controle de neurotransmissores
Os testes iniciais do chip químico, a exemplo do que já ocorrera com os transistores iônicos, foram feitos usando o neurotransmissor acetilcolina.
O chip químico é capaz de controlar a liberação da acetilcolina, por sua vez controlando células musculares, que são ativadas quando entram em contato com a substância.
O próximo passo da pesquisa será construir todas as portas lógicas químicas, de forma a montar um processador químico completo.
Como seu funcionamento deverá ser similar ao dos processadores eletrônicos, sua fabricação e adoção deverá ser muito mais rápida do que os chamados "processadores biológicos".