CRISTAIS LIQUIDOS

Cristais Líquidos Estão nos mostradores da calculadora, do relógio digital e do forno de micro-ondas; no monitor do laptop, e, mais recentemente, no televisor de tela plana. Os cristais líquidos também estão entre as linhas de pesquisa do nosso departamento de química. O que são, como são formados e que propriedades possuem? O que são os Cristais Líquidos?  O Cristal Líquido é um estado da matéria intermediário entre o estado sólido e o líquido: um estado mesomórfico (do Grego mesos morphe: entre dois estados). O nome dado à molécula que origina uma mesofase é Mesógenos. Um líquido é isotrópico: qualquer propriedade física verificada independe da direção da medida. Um sólido, por outro lado, possui planos de simetria, é anisotrópico. O cristal líquido também pode ser definido como sendo um líquido 'orientacionalmente ordenado' ou umsólido 'posicionalmente desordenado', combinando a anisotropia ótica e elétrica do estado sólido com a fluidez e mobilidade molecular do estado líquido. Como são formados?  Os cristais líquidos orgânicos são conhecidos desde o século passado, e eles podem ser divididos em duas grandes famílias, de acordo com a maneira que são formados: os Termotrópicos ( pode ser alcançado pelo aquecimento de um sólido cristalino ou resfriamento de um líquido isotrópico; depende da temperatura) . e os Liotrópicos (pode ser alcançado ao dissolver um surfactante em um solvente, geralmente água; depende da concentração)· Em materiais mesomórficos, as forças intermoleculares responsáveis pelo arranjo molecular são essencialmente as mesmas que operam nos sólidos moleculares. No entanto, somente certas moléculas mostram comportamento líquido cristalino. Em geral, os requerimentos moleculares para um cristal líquido podem ser resumidos como:  > As moléculas necessitam ser estruturalmente anisotrópicas > Precisam possuir, na maioria dos casos, dipolos permanentes > Serem polarizadas anisotrópicamente  Que propriedades possuem?  A maneira como é feita a organização espacial do cristal líquido reflete aestrutura de sua mesofase. A caracterização das mesofases formadas pelos materiais cristais líquidos podem ser verificadas ou observadas por diferentes métodos; o método clássico mais utilizado é a observação das texturas mostrada pelas mesofase, por meio de um microscópio de luz polarizada equipado com uma unidade de aquecimento. Cada mesofase exibe uma ou várias texturas características; seu estudo é realizado pela observação de vários ciclos de aquecimento e resfriamento, e em casos favoráveis é possível a caracterização da fase sem ambigüidade. Embora, o método seja simples, em muitos casos é insuficiente e é necessário usar outras técnicas, como difração de raios-X da mesofase, testes de miscibilidade, etc. Métodos calorimétricos tem sido usados para a determinação de variáveis térmicas e termodinâmicas envolvidas nas transições de fase, mas são de pequena utilidade na identificação da mesofase. De modo geral, uma combinação dos vários métodos disponíveis permite uma identificação segura da mesofase.  GRUPO DA UFSC PESQUISA CRISTAIS LÍQUIDOS: O grupo coordenado pelo prof. Hugo Gallardo, do departamento de Química, atua na área de cristais líquidos. Seu trabalho envolve a síntese e caracterizaçãode compostos que apresentam mesofases, e o estudo de suas propriedades físico-químicas.

Espectroscopia Virtual:  análise química a distância Imagine a seguinte cena: um caminhão com carga tóxica tomba na estrada. De longe, policiais, usando alguns binóculos especiais, identificam todas as espécies químicas presentes na nuvem tóxica que sai do veículo. Parece ficção, masEspectroscopia Virtual já é uma realidade. Um time de pesquisadores do SandiaNational Lab em New Mexico, do MIT in Boston, e daHoneywell Co. criou o Polychromator, um espectroscópio correlacional em um chip, baseado emhologramas e sistemas microeletromecânicos (MEMS). Mike Sinclair, um dos cientistas da Sandia, diz que espectroscopia correlacional é uma técnica comum no laboratório: "It is highly selective, and very sensitive, but you need a reference cell containing the gas species you are testing for. By comparing the spectra from a reference sample, illuminated with IR radiation, you can identify the target species. But the apparatus is bulky and corrosive gases are difficult to contain in reference cells. So we replaced the reference cells with holograms etched on silicon chips using standard photolithographic technology." O holograma, portanto, é o substituto da cela de referência, utlizada na espectroscopia correlacional de laboratório. Cada holograma é um gradiente de difração que mimetiza as propriedades espectrais de um certo composto químico. O Polychromator pode ser programado para gerar sequencialmente espectros de um grande número de compostos. O aparelho, então, compara o espectro das substâncias analizadas (como a carga tóxica saindo do caminhão) com os hologramas gerados pelo chip e, então, determina qual é o gás tóxico. "We think it will be able to sample very rapidly and sound an alarm when it found a match." diz Sinclair. O aparelho faz leituras precisas de espectros de até 5 km de distância, dependendo da intensidade da radiação IR emitida pela amostra. "The major limitation will be how much IR radiation will be available. In daylight, on a battlefield or after an industrial accident, we should be able to get readings from 3-5 kilometres away, using a device that would fit into one tube of ordinary binoculars." O Polychromator estará em breve no comércio; o Sandia é dono das patentes e os dispositivos são fabricados na Honeywell.

SUPER-HERÓIS SINTÉTICOS vs. SUPERBUGS O grande vilão da humanidade bem poderia ser alguém como o grandalhão Godzilla ou, quem sabe, algum alienígenaremanescente do filme Men in Black. Porém, para a medicina, o supervilão que ameaça a humanidade é muito menor que o ponto no final desta linha. São formas de vida minúsculas que, nos últimos anos, estão ficando cada vez mais poderosas e resitentes a tudo o que a medicina tem para oferecer. Os vilãos que realmente ameaçam nossa sobrevivência são as inúmeras espécies de bactérias microscópicas que cohabitam não somente nossa vizinhança, mas também nossos corpos. Na maioria dos casos, as bactérias são inofensivas e, algumas vezes, até mesmo benéficas. Mas, as vezes, especialmente quando o sistema imunológico de nosso organismo está debilitado, as bactérias podem crescer e se multiplicar, saindo de controle, e causar uma infecção. A maioria de nós, então, sabe exatamente o que fazer: tomar um antibiótico! Certo?... Bem, nem tanto. Ninguém pode duvidar do poder e benefício trazido pelos antibióticos, desde que eles vieram ao mercado, em 1940. Mas os médicos alertam: as bactérias estão se tornando resistentes aos antibióticos conhecidos. Nos hospitais, uma variação do Staphylococcus (MRSA) ronda os corredores e salas cirúrgicas. Esta bactéria é imunde a praticamente todos os antibióticos disponíveis! Como escapar, então, destes novos "SuperBugs?". Os médicos descobriram que podiam, ainda, vencer estas bactérias com uma droga chamada vancomicina. Mas algumas internações hospitalares chamaram a atenção: Em 1997, ocorreram 3 infecções (uma no Japão e duas nos EUA) de MRSA que eram resistentes mesmo a vancomicina. Estas bactérias eram, na verdade, resistentes aos mais de 100 tipos de antibióticos testados. Está na hora dos SUPERQUÍMICOS entrarem em ação! vancomicina e penicilina Um químico sabe que o mecanismo de ação das drogas e as maneiras de melhorar seus efeitos jazem em sua estrutura química. A estrutura da vancomicina é complexa e tem intrigado os químicos desde a sua elucidação, em 1977. A droga é constituida por um esqueleto de 7 amino ácidos (os tijolos das proteínas) inteligados por cadeias laterais. No topo da molécula estão dois acúcares parentes da glucose. Sabão com bactericida (Protex) - diga não! Sabonetes com antibióticos podem contribuir para aumentar a resistência das bactérias - é o que disseramMcMurry e Levy, pesquisadores da Tufts University Medical Schoolem Boston, em um artigo da revista Nature(Aug 6 1998). Sua pesquisa mostrou que o triclosan, um dos principais antibióticos usados em sabonetes bactericidas (vide estrutura), contribui para o crescimento do colônias resistentes. Seus resultados mostram que triclosan tem um sítio de ação definido e que bactérias mutantes podem aparecer.  Isto auxilia no surgimento de bactérias imunes aos antibióticos terapêuticos. "People think they are sterilizing the world by using these products and, in fact, they are potentially changing it,” disse Dr. Stuart Levy, um dos autores. “They really are over-the-counter antibiotics.” Existem evidências fortes de que a população mundial vem usando antibióticos desnecessariamente. Os órgãos de saúde já vêm alertando sobre o problema há muito tempo. Como contém tanto aminoácidos (peptídeos) e acúcar a vancomicina é classificada como umglicopeptídeo. A questão que intriga os químicos é: como esta droga age no organismo? Um bom ponto de partida é saber que, para um antibiótico ser válido, deve interagir somente com a parede celular da bactéria, e ser inerte às células humanas. As paredes celulares de bactérias são formadas pelos mesmos componentes que constituem a vancomicina: amino ácidos e açucares. Entretanto, estas paredes tem uma arquitetura diferente: são os acúcares que estão interligados em longas cadeias com amino ácidos "pendurados". Além disso, os peptídeos de uma determinada cadeia estão interligados com os peptídeos da cadeia vizinha. Desta forma, as camadas de cadeias de açúcares estão ligadas entre si. Toda esta "interconectividade" é que garante às paredes celulares de bactérias uma propriedade especial: rigidez. Uma forte parede celular atua como uma barreira entre a célula da bactéria e as vizinhanças aquosas. Sem esta barreira, a célula iria absover muita água e a bactéria acabaria morrendo. A vancomicina é, portanto, o "alfinete" que estoura esta "bolha". A molécula pode se ligar, devido a sua semelhança estrutural com os amino ácidos "pendurados", nas cadeias de açúcares. A vancomicina reconhece dois amino ácidos presentes nos peptídeos da bactéria - duas formas da alanina. O esqueleto da vancomicina pode formar até 5 fortes pontes de hidrogênio com os peptídeos. QMCWEBperguntou Na última edição, perguntamos:  Você tomou algum antibiótico nos últimos 30 dias?  35% disseram SIM 65% disseram NÃO total: 83 votos Estas cadeias, então, perdem a habilidade de se ligar a outras cadeias via interligação peptídica. Isto é suficiente para tornar a parede celular menos rígida e espalhar o desastre para as bactérias! Bactérias Resistentes Uma bactéria pode adquirir resistência a um determinado antibiótico por váriasmaneiras. Tais como a mutação genética que, no caso das bactérias, ocorre com muita frequência. Algumas vezes a mutação pode levar, espontaneamente, a uma bactéria que resiste a droga aplicada. As outras bactérias podem, também, adquirir esta resitência através da troca de genes com as bactérias resitentes. Na verdade, a troca de genes entre bactérias é tão comum, que poderia se olhar a colônia de bactérias como sendo um único organismo multicelular. Quando um antibiótico ataca um grupo de bactérias, as células suscetíveis irão morrer. Algumas células, entretanto, irão sobreviver e, na ausência de competidores, irão se proliferar. Um nova colônia, então, é formada - de bactérias resistentes. Bem, isto é o que acontece com as bactérias "normais". A mágica inicia quando se pensa sobre os "SUPERBUGS". Estas bactérias possuem, no lugar dos grupos alanina-alanina, grupos alanina-lactato. A vancomicina, portanto, não é capaz de ligar-se a este sítio, não apresentando nenhum perigo para a bactéria. Três químicos (Evans, Nicolau e Boger) chegaram, independentemente, a uma série de reações que permitia se chegar a vancomicina (sem os dois grupos açúcares) a partir dos materiais elementares (i.e., amino ácidos). Nicolaou publicou a síntese da molécula inteira. Jonathan Ellman e seu grupo usaram as ferramentas da química orgânica sintética para melhorar a vancomicina: utilizando uma técnica chamada "Química Combinacional" eles encontraram qual seria o grupo necessário na vancomicina para que esta interagisse com os Superbugs. O resultado foi que cerca de 40.000 novos tipos de vancomicina poderiam ser capazes de se ligar aos superbugs. O grupo de Ellman, então, partiu para testes químicos: eles prepararam cadeias com cada um dos análogos da nova droga. Em um frasco com água, eles adicionaram todas as "vancomicinas" e também moléculas de alanina-lactato, ligadas a uma sonda fluorescente. Somente alguns protótipos de vancomicina apresentaram fluorescência, i.e., ligaram-se às moléculas alanina-lactato. Estes são exatamente as vancomicinas capazes de derrotar o superbug! Seus resultados ainda não chegaram ao mercado, mas indicam que há, sim, uma maneira de combater os superbugs! Daniel Kahne da Princeton University diz que "The scientis are progressing towards better and better drugs that can hopefully keep infections at bay". Resumindo, talvez novos superbugs apareçam, mas sempre haverá químicos que podem lutar contra estes e salvar a humanidade da terrível ameaça dos Supervilões!