Chicago — InkDesign News — Pesquisadores da Universidade de Chicago anunciaram, em agosto de 2024, um avanço marcante ao transformar uma proteína fluorescente em um qubit biológico dentro de uma célula, conforme artigo publicado na revista Nature. A descoberta pode redefinir o uso de sensores quânticos em sistemas biológicos e acelerar pesquisas em nanotecnologia médica.
O Contexto da Pesquisa
O campo da computação quântica e da bioengenharia tem buscado alternativas para tecnologia de qubits tradicionalmente dependente de condições extremas, como resfriamento intenso e isolamento sofisticado. Sensores quânticos sólidos, como defeitos em diamantes, trouxeram avanços em detecção e mapeamento ao nível atômico, mas são limitados quando inseridos diretamente em sistemas vivos. A pesquisa do grupo de Chicago propõe contornar esse entrave usando as próprias ferramentas da biologia evolutiva: proteínas fluorescentes já comuns em microscopia e marcação celular.
Resultados e Metodologia
Utilizando a proteína fluorecente EYFP, os cientistas demonstraram, por meio de microscopia confocal customizada, que o fluoróforo dessas proteínas atua como qubit devido ao seu estado triplo metaestável — fenômeno em que dois elétrons permanecem em spin paralelo por microsegundos após excitação luminosa. As experiências incluíram aplicações da EYFP em proteínas purificadas, células renais humanas e bactérias E. coli. A leitura do estado quântico foi registrada com até 20% de contraste em temperaturas de nitrogênio líquido (175 K), decaindo para 8% em temperatura ambiente em ambientes bacterianos.
“Nossas descobertas não apenas possibilitam novas formas de detecção quântica em sistemas vivos, mas também introduzem um caminho radicalmente diferente para o design de materiais quânticos.”
(“Our findings not only enable new ways for quantum sensing inside living systems but also introduce a radically different approach to designing quantum materials.”)— Peter Maurer, Professor Assistente, Universidade de Chicago
O desafio agora é superar a necessidade de baixas temperaturas para manipulação eficaz dos estados de spin, visto que o desempenho em temperatura ambiente ainda é inferior à tecnologia baseada em diamante, tanto em estabilidade quanto em sensibilidade.
Implicações e Próximos Passos
A capacidade de construir qubits diretamente em células vivas propicia novos caminhos para estudar processos biológicos em escala nanométrica — como dobramento de proteínas, monitoramento de reações bioquímicas e detecção precoce de enfermidades. Além disso, a possibilidade de sensores biológicos dispensarem sistemas criogênicos complexos pode democratizar e viabilizar aplicações clínicas e laboratoriais mais amplas.
“Especificamente, agora podemos começar a usar as ferramentas naturais da evolução e auto-organização para superar algumas das barreiras enfrentadas pela tecnologia quântica de spin atual.”
(“Specifically, we can now start using nature’s own tools of evolution and self-assembly to overcome some of the roadblocks faced by current spin-based quantum technology.”)— Peter Maurer, Professor Assistente, Universidade de Chicago
No entanto, a sensibilidade e robustez dos sensores quânticos baseados em proteínas ainda são inferiores às soluções sólidas já consolidadas. Avanços futuros dependerão de maior estabilidade dos estados quânticos em ambientes celulares complexos e aumento do contraste óptico em temperaturas fisiológicas.
Finalizando, a integração de qubits biológicos marca um momento paradigmático, onde física quântica encontra a biotecnologia no interior da célula viva. À medida que os obstáculos técnicos forem superados, espera-se uma nova geração de ferramentas para compreensão e tratamento de doenças a partir do interior da própria matéria viva.
Fonte: (Live Science – Ciência)
