p Emissor de luz, os nanocristais de quatro braços poderiam algum dia formar a base de um sistema de alerta precoce em materiais estruturais, revelando rachaduras microscópicas que pressagiam falha, graças à pesquisa recente de cientistas do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley do Departamento de Energia dos EUA (Berkeley Lab) e da UC Berkeley. p Os pesquisadores incorporaram pontos quânticos em forma de tetrápode, que são partículas semicondutoras nanométricas, em um filme de polímero. Os núcleos dos tetrápodes emitem luz fluorescente quando seus braços são torcidos ou dobrados fora de forma. Isso indica que o polímero está passando por um grau de tensão ou deformação compressiva, a partir do qual a tensão sobre regiões de escala submicrométrica do material pode ser detectada. Tal estresse pode fazer com que rachaduras em nanoescala se transformem em falha macroscópica. Os testes iniciais mostram que os tetrápodes podem pedalar mais de 20 vezes sem perder sua capacidade de sentir o estresse, e eles não degradam a resistência do polímero no qual estão matriculados.

p Até agora, os cientistas testaram sua abordagem no laboratório, mas na prática, tudo o que seria necessário para detectar o aviso fluorescente dos tetrápodes é um produto pronto para uso, espectrômetro portátil. Uma pessoa poderia apontar um espectrômetro para uma viga de aço, asa de avião, ou qualquer material que tenha os tetrápodes embutidos dentro, e o espectrômetro poderia detectar potencialmente rachaduras incipientes com apenas 100 nanômetros de comprimento.

p "Esta é a escala de comprimento em que as fissuras se desenvolvem, que é quando você quer pegá-los, bem antes que o material falhe, "diz Shilpa Raja, que conduziu a pesquisa enquanto era afiliada da Divisão de Ciências de Materiais do Berkeley Lab e estudante de doutorado na UC Berkeley. Raja é agora um bolsista de pós-doutorado na Universidade de Stanford. Robert Ritchie e Paul Alivisatos, também da Divisão de Ciências de Materiais e UC Berkeley, são os co-autores de um artigo sobre esta pesquisa publicado online na revista Nano Letras (2016, vol. 16, edição 8, pgs. 5060-5067).

p "Nossa abordagem também pode ser um grande passo em direção a materiais inteligentes de autocura. Os tetrápodes podem ser acoplados a partículas de reparo nanométricas para formar um material que detecta o estresse local e se repara sozinho, "acrescenta Raja.

p Além de aplicações de materiais, os tetrápodes podem ser usados ​​para detectar a presença de células cancerosas em amostras de tecido porque as células cancerosas têm propriedades mecânicas diferentes das células saudáveis, como um aumento da rigidez.

p Para desenvolver a técnica, os cientistas começaram com um polímero amplamente utilizado em células e outras estruturas. Eles misturaram nanocristais de tetrápode no polímero e moldaram placas da mistura em placas de Petri. As placas foram então montadas em um testador de tração e expostas a um laser. Isso permitiu aos pesquisadores medir simultaneamente a fluorescência da placa e o estresse mecânico.

p “Esta é uma técnica de fabricação de baixo custo, e resultou na melhor concordância optomecânica entre a fluorescência e os testes mecânicos detectados por um nanocristal em um filme, "diz Raja.

p Raja diz que a forma dos tetrápodes os torna muito sensíveis ao estresse. Seus quatro braços agem como antenas que retiram o estresse de seu ambiente imediato, amplificar o estresse, e transferi-lo para o núcleo. A cor da luz emitida pelo núcleo indica o grau de estresse (e tensão) sentido pelos braços.

p Sua abordagem promete ser uma grande melhoria em relação às formas atuais de detectar o estresse em nanoescala em materiais, particularmente no campo. Isso pode ser feito no laboratório com técnicas como microscopia de força atômica e técnicas de nano-indentação, mas isso requer um ambiente muito controlado. Nos últimos cinco anos, os cientistas desenvolveram maneiras de matricular outras nanopartículas sensíveis ao estresse em materiais, mas esses métodos têm uma relação sinal-ruído muito baixa e não usam detecção de luz visível. Além disso, algumas dessas abordagens degradam as propriedades mecânicas do material em que estão embutidas, ou eles não podem circular para frente e para trás, o que significa que eles podem dar um sinal de alerta apenas uma vez.