Telas de pontos quânticos: como uma bactéria pode revolucionar esta tecnologia

A tecnologia das telas não diz respeito apenas a definição e tamanho que um display deve ter: atualmente, o último passo tomado no mundo das TVs e monitores diz respeito ao uso de cristais muito brilhantes conhecidos como "pontos quânticos", principalmente por causa de sua natureza quase desconhecida e tamanho incrivelmente reduzido.

Essa tecnologia teve como objetivo, por muitos anos, revolucionar a forma como olhamos para os painéis LCD, mas tem caído em desuso por que sua fabricação é extremamente tóxica ao meio ambiente.

A primeira empresa a utilizar essa tecnologia em displays foi a Sony, em 2011, com a tecnologia Triluminos (Imagem/Reprod.: Sony)

No ano passado, vários rumores indicavam que a Apple lançaria um modelo do iMac com uma imponente tela Retina Display utilizando a tecnologia de pontos quânticos, já desenvolvida pela Samsung para suas TVs Ultra HD 4K. Embora os indícios estivessem apontando para o lugar certo na época, a Maçã decidiu trocar o método por telas de cristal líquido comuns, porque além de não ir de acordo com as políticas ambientais da empresa, a tecnologia quântica é extremamente cara para os padrões industriais.

Em meio a tantos pontos contra os displays quânticos, um estudo publicado por cinco engenheiros químicos da Lehigh University — localizada no estado da Pensilvânia nos Estados Unidos — demonstrou uma forma mais simples e mais amigável ao planeta de se chegar nos preciosos cristais diminutos: alimente essa enzima extraída do interior de uma bactéria com metal – sim, metal – e ela emitirá luz. Os desenhos que você vê na imagem abaixo, por exemplo, foram feitos com milhares desses pequenos pontos organizados de forma a exibir um padrão de cores específicas.

(Imagem/Reprod.: Lehigh University)

Uma tela LCD-TFT comum, por exemplo, possui várias camadas de vidro e entre elas uma luz de fundo. A passagem dessa luz será controlada pelo transistor TFT, que funciona de forma similar as persianas de uma janela. Quando o controlador de vídeo fornece energia para o transistor, ele permite a passagem da luz. Essa luz então ilumina uma das cores daquele pixel (vermelho, azul ou verde) e assim gera a imagem desejada.

De uma forma bastante resumida, é assim que uma tela LCD comum funciona. O desafio proposto pelos pontos quânticos é melhorar essa tecnologia tornando todo o conjunto ainda menor e com materiais melhores. No caso das enzimas, é como se elas substituíssem tanto o transistor quanto a luz de fundo nesse conjunto, já que quando alimentadas com metal os pequenos pontos produzidos por elas podem emitir luz ou conduzir energia elétrica.

As telas com a tecnologia de ponto quântico são também muito mais finas que as telas LCD, chegando a espessura das telas OLED (Imagem/Reprod.: Sciblogs)

Bryan Berger, que é co-autor do estudo conduzido nos laboratórios da Universidade, contou ao New York Times que "tropeçou" na descoberta ao se deparar com uma sequência de eventos pouco prováveis: segundo ele, tudo começou quando um hospital local emitiu alertas sobre uma bactéria que crescia em objetos metálicos, em 2011. A partir daí, doutores e enfermeiras passaram a se preocupar pois a Stenotrophomonas maltophila, como é chamada, costuma causar infecções graves em pacientes com imunidade baixa, tipos comuns em hospitais, é claro.

Como se já não bastasse o fato da bactéria estar se espalhando pelas alas médicas do estado, descobriram também que o patógeno tinha ganhado o status de "superbactéria" ao verificar que pouquíssimos antibióticos podiam, de fato, matá-la.

O tamanho dos nanocristais interfere na cor emitida por eles, por causa disso, a variabilidade de tons é relativamente alta para o padrão LCD (Imagem/Reprod.: 3DPrint)

O químico entra na história quando verifica, com surpresa, que as bactérias estavam recebendo mínimas cargas elétricas do metal onde cresciam. O micróbio também "cuspia" aglomerados de pequenas partículas metálicas e isso fez Berger pensar na possibilidade da bactéria ser re-engenhada para que passasse a cuspir micro-cristais. Não gostamos de dar spoilers, mas devemos avisar que a resposta foi positiva: interagindo com as enzimas foi descoberto que alimentá-las com mínimas quantidades de Cádmio as faz produzir exatamente os pontos quânticos utilizados nos caríssimos displays suntuosos da Samsung.

Com a descoberta, Berger e seus colegas Chris Kiely e Steve McIntosh se viram no desafio de utilizar uma bactéria infecciosa para criar os pontos quânticos. A parte interessante dos novos estudos publicados é saber que a bactéria não é mais necessária; é possível criar os cristais só utilizando uma enzima em particular da Stenotrophomonas maltophila. Atualmente, a produção desse semicondutor exige uma fábrica de altíssima tecnologia, uso de solventes poluentes ao meio ambiente e controle rigoroso de temperaturas que costumam passar dos 500 graus celsius.

Os cristais brilham quando irradiados por luz ultravioleta, mas também se iluminam quando são energizados (Imagem/Reprod.: Phys.org)

Os cristais criados na Universidade, entretanto, foram produzidos com uma única enzima e em temperatura ambiente, em custos infinitamente menores que os pagos pelas atuais fabricantes de displays. A tecnologia criada "por acidente" é muito mais segura, ecologicamente limpa e eficiente, já que é possível controlar também o tamanho dos cristais. Essa característica faz com que eles mudem de cor assumindo todo o espectro visto no arco-íris, algo muito superior ao padrão RGB utilizado hoje.

Na imagem você vê um display LED comum à esquerda e um display quântico à direita (Imagem/Reprod.: Samsung)

Por fim, é importante ressaltar que não é só de boas notícias que as pesquisas científicas vivem: para Warren Chan, um engenheiro biomédico da Universidade canadense de Toronto, é pouco provável que os cristais produzidos pelo método de Berger sejam tão nítidos e brilhantes quanto os produzidos da forma mais cara e já utilizada atualmente. Assim, embora os pontos atendam às necessidades ambientais das telas quânticas, é possível que eles não atendam tão bem os outros aspectos exigidos por essas fabricantes.

Além de ter cores e imagens mais nítidas, as telas com a tecnologia de nanocristais também são mais eficientes energeticamente que os modelos OLED (Imagem/Reprod.: Samsung)

Mesmo que não seja ideal para telas no futuro, é possível que a tecnologia ajude a identificar doenças e até mesmo tumores. A indústria energética ambientalista também visualiza o semicondutor como um possível componente das células de energia solar. É inegável que para aplicações que não exijam qualidade de imagem perfeita, os cristais desenvolvidos pelo estudo serão extremamente úteis.

Quanto ao hospital que citamos anteriormente, é preciso dizer que Berger e seus colegas ainda estão tentando evitar que a bactéria colonize superfícies metálicas.

Fonte: The New York Times