UMA CÁPSULA QUE ESTOURA COMO UMA VAGEM DE SEMENTES
Minúsculos microrrobôs magnéticos poderão um dia navegar pelo trato digestivo para liberar medicamentos, tratar uma lesão ou captar imagens. Mas antes precisam chegar lá inteiros — protegidos do ácido, do muco e da agitação do estômago — e depois ser liberados rapidamente no ponto certo. As cápsulas atuais ou carregam motores, molas e eletrônica, deixando pouco espaço para a carga, ou dependem de materiais “inteligentes” que levam de minutos a horas para abrir.
Mengfan Zhang, Zike Chen, Rui Xiao, Guoyong Mao e colegas da Universidade de Zhejiang, em Hangzhou, encontraram a solução em uma planta com flor.
O truque de uma vagem que estoura
Quando a vagem de sementes da Impatiens balsamina está madura, um leve toque a faz estourar: suas valvas se enrolam para dentro num instante e lançam as sementes. Em espécies aparentadas, as sementes partem a cerca de 1 a 4 metros por segundo. O princípio é uma mola travada: as valvas curvas armazenam energia elástica, e o tecido ao redor funciona como trava. Solte a trava, e a energia armazenada faz todo o trabalho.
Três peças
A cápsula copia esse desenho com três partes:
- uma cúpula macia de silicone, virada do avesso durante a montagem — é a mola;
- uma base de plástico impressa em 3D, um cilindro com 8 milímetros de diâmetro e 5 milímetros de altura, com uma pequena câmara para os robôs;
- um anel de gel feito de gelatina, carragenina e nanopartículas de óxido de ferro — é a trava.
Sob um campo magnético alternado, as nanopartículas aquecem o gel. Ele amolece e se rasga por dentro, a cúpula volta à sua forma e a cápsula se abre de repente. A gelatina pura derreteria entre 30 e 36 °C, perto demais da temperatura corporal; adicionar carragenina mantém o gel firme a 37 °C, com uma transição para líquido a 51,6 °C.
Acertar a mola
A parte difícil era mecânica. Uma cúpula invertida pode ser biestável — ficar virada depois de empurrada — e então nunca mais se abriria. Ela precisa ser monoestável, sempre voltando à forma. Mas uma cúpula rígida demais rasgaria o gel antes do disparo. Com simulações de computador, a equipe mapeou quais formas são biestáveis ou monoestáveis e descobriu que o colar usado para colar a cúpula a empurra para a biestabilidade, por isso a cúpula precisa ser mais espessa do que uma casca de livro didático. A cúpula final: 2,6 milímetros de altura e 1,5 milímetro de espessura sobre uma semienvergadura de 5 milímetros. Liberada com uma pinça, uma cúpula assim voa a 1,21 metro por segundo e se solta por completo em 100 milissegundos.
De uma pista impressa a um estômago de porco
No teste completo, um ímã desliza a cápsula fechada ao longo de uma pista impressa em 3D até o alvo em cerca de 70 segundos. O campo alternado então aquece o gel de cerca de 20 para 41 °C. A cápsula se abre menos de 50 milissegundos depois de o gel amolecer, e os robôs são lançados a cerca de 1,0 metro por segundo — o limite inferior da faixa das sementes. Um ímã depois os reúne em pontos escolhidos. Os “robôs” aqui são pequenos pedaços de elastômero magnético.
Em um estômago de porco fora do corpo, a cápsula permaneceu fechada enquanto era conduzida sobre o tecido e se abriu sob comando. O tecido macio e pegajoso absorveu parte da energia: a velocidade de ejeção caiu inicialmente para cerca de 0,5 metro por segundo. Os robôs liberados ainda puderam ser conduzidos pela superfície. Colocada de cabeça para baixo, a cápsula se abre suavemente sem lançar nada, e o ímã puxa os robôs para fora — um modo mais suave.
Os autores listam o que falta: nenhum teste em animal vivo, comportamento desconhecido do gel no ácido do estômago e nos fluidos digestivos, e um gel mais resistente que também derreteria a uma temperatura mais alta. Quatro deles — Mao, Zhang, Chen e Xiao — depositaram um pedido de patente sobre a cápsula.