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  • Novo modelo facilita as previsões sobre como as nanopartículas se formam, dá dicas sobre como o processo pode ser controlado
    p Siga sempre a bússola:os microorganismos que se orientam para o campo magnético da Terra têm cerca de 20 magnetossomos que se alinham em pequenas agulhas. Eles contêm nanopartículas magnéticas de óxido de ferro em uma camada protéica e lipídica caracteristicamente formada para cada espécie. Crédito:MPI de Colóides e Interfaces

    p (Phys.org) —Nanopartículas são arautos versáteis de esperança:Eles podem servir como agentes médicos ativos ou meios de contraste, bem como meios de armazenamento eletrônico ou reforço para materiais estruturais. Pesquisadores do Instituto Max Planck de Coloides e Interfaces em Potsdam-Golm e da Universidade de Tecnologia de Eindoven na Holanda deram uma contribuição fundamental para tornar essas nanopartículas utilizáveis ​​para essas várias aplicações. p Enquanto estudava nanopartículas de magnetita, eles desenvolveram um modelo de como as partículas cristalinas de um material se formam, dependendo de suas propriedades físicas. Nanopartículas de magnetita são usadas por algumas bactérias para se orientar ao longo das linhas de campo magnético da Terra. Entender como eles crescem pode ser útil na geração de nanopartículas com as propriedades desejadas.

    p Em muitos aspectos, o material design assemelha-se à criação de filhos:muitas propriedades são predeterminadas pela natureza, outros são adquiridos durante a educação ou aprendizagem - mas o aspecto importante acontece logo no início. Uma equipe liderada por Damien Faivre, líder de um grupo de pesquisa no Instituto Max Planck de Colóides e Interfaces, investigou o viveiro de nanopartículas de magnetita.

    p Partículas de magnetita que se organizam em finas agulhas servem de bússola para algumas bactérias marinhas quando se orientam ao longo do campo magnético da Terra em busca das melhores condições de vida. Contudo, partículas de magnetita sintética também são usadas em tintas, líquidos magnéticos, e agente de contraste médico, mas também como elementos de memória em mídia de armazenamento de dados. Com a ajuda de suas observações de nanopartículas de magnetita, os pesquisadores em Potsdam expandiram a teoria estabelecida de como os cristais de um material se formam a partir de uma solução.

    p O modelo clássico não pode explicar a formação de muitos cristais

    p Em uma solução supersaturada, vários átomos e moléculas aglomeram espontaneamente, ou seja, mais ou menos aleatoriamente, em uma semente que então cresce mais. De acordo com a representação clássica do crescimento do cristal, a semente captura átomos ou moléculas da solução. Nesse ponto, tanto um cristal perfeitamente ordenado pode se formar diretamente quanto um amorfo, e assim desordenado, formas de conglomeração primeiro, que então se reorganiza em um cristal.

    p Em qual dos dois caminhos o cristal evolui, depende de qual deles exibe o nível de energia mais baixo - a fase cristalina ou desordenada. As propriedades determinantes aqui são as energias de superfície das variantes cristalinas e desordenadas, bem como as quantidades de energia que são liberadas quando átomos ou moléculas se ligam a uma ou outra forma. Uma alta energia de superfície aumenta muito o gasto de energia para o crescimento da fase dada, enquanto um grande rendimento de energia das ligações em evolução o reduz.

    p Quando nanopartículas de magnetita se formam a partir de uma solução de sais de ferro, partículas primárias, dois nanômetros de tamanho no máximo, aglomeram-se em um núcleo (seta; a barra de escala branca representa dez nanômetros). Os pesquisadores de Max Planck desenvolveram um modelo para essa via não clássica de crescimento de cristais. Este modelo ajuda a explicar como uma estrutura cristalina se forma diretamente de uma partícula primária, e quando uma estrutura desordenada se desenvolve primeiro, ela posteriormente se transforma em um cristal. Crédito:Nature Materials

    p "Ao longo dos anos, tem havido indicações crescentes de que vários minerais não crescem de acordo com este modelo", diz Damien Faivre. "Eles aparentemente não absorvem átomos individuais nem moléculas durante sua formação, mas, em vez disso, capture partículas primárias ou aglomerados de até alguns nanômetros de tamanho que se formam apenas temporariamente. "Isso é mais ou menos o que acontece quando os cristais de carbonato de cálcio e fosfato de cálcio se formam e endurecem ossos ou conchas de moluscos. Faivre e sua equipe já estabeleceram que as nanopartículas de magnetita também crescem absorvendo pequenas partículas primárias de apenas dois nanômetros de tamanho.Os pesquisadores observaram isso com um microscópio eletrônico de transmissão operado a uma temperatura bem abaixo de zero, que, portanto, mostra estruturas especialmente pequenas.

    p A estabilidade das partículas primárias torna-se o fator decisivo

    p "Usando o modelo clássico, é impossível determinar se os nanocristais maiores se formam a partir das pequenas nanopartículas diretamente ou se uma fase desordenada se forma primeiro ", diz Damien Faivre. Contudo, se você quiser cultivar nanopartículas, você deve ser capaz de responder a esta pergunta. Então, ele e seus colegas desenvolveram um novo modelo (que leva em consideração as partículas primárias).

    p No novo modelo, a estabilidade das nanopartículas passa a ser um fator importante - tão importante que pode até reverter a previsão do modelo clássico. "Quanto mais estáveis ​​são as partículas primárias, o mais provável é que uma estrutura cristalina se forme diretamente ", explica Faivre. "Em muitos casos, quando uma fase desordenada deve se formar sob o modelo clássico, nosso modelo resulta na formação direta de um cristal. "Este é exatamente o caso da magnetita.

    p Investigar as partículas primárias é o próximo passo

    p Se os cristais crescem de acordo com o modelo clássico ou proposto pela equipe de Damien Faivres, depende do envolvimento de átomos e moléculas ou de minúsculas partículas primárias. "Você também sabe disso por meio de observações, como no nosso caso, ou você antecipa com a ajuda das propriedades físicas do material ", explica Faivre.

    p Contudo, os pesquisadores ainda têm inúmeras perguntas não resolvidas para responder, a fim de passar desses insights sobre o berçário de nanopartículas para um manual de instruções para direcionar seu crescimento. "Na próxima etapa, vamos investigar as partículas primárias e suas propriedades com mais precisão ", diz Damien Faivre. Se os pesquisadores puderem controlar a estabilidade das partículas assimiladas por uma nanopartícula em crescimento, eles também podem ter um meio de influenciar as propriedades da nanopartícula. Isso não é diferente do que acontece com os jovens, crianças em crescimento:o que elas se tornam depende de como são alimentadas.


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