Usando apenas carga eletrostática, micropartículas comuns podem se organizar espontaneamente em materiais cristalinos altamente ordenados - o equivalente ao sal de cozinha ou opalas, de acordo com um novo estudo liderado por químicos da Universidade de Nova York e publicado em Natureza .

"Nossa pesquisa traz uma nova luz sobre os processos de automontagem que podem ser usados ​​para fabricar novos materiais funcionais, "disse Stefano Sacanna, professor associado de química da NYU e autor sênior do estudo.

A automontagem é um processo no qual minúsculas partículas se reconhecem e se ligam de uma maneira predeterminada. Essas partículas se juntam e se juntam em algo útil espontaneamente, após um evento desencadeador, ou uma mudança nas condições.

Uma abordagem para programar partículas para montar de uma maneira particular é revesti-las com fitas de DNA; o código genético instrui as partículas sobre como e onde se ligar umas às outras. Contudo, porque esta abordagem requer uma quantidade considerável de DNA, pode ser caro e se limita a fazer amostras muito pequenas.

Em seu estudo em Natureza , os pesquisadores adotaram uma abordagem diferente para a automontagem usando um método muito mais simples. Em vez de usar DNA, eles usaram carga eletrostática.

O processo é semelhante ao que acontece quando você mistura sal em uma panela de água, Sacanna explicou. Quando o sal é adicionado à água, os minúsculos cristais se dissolvem em íons de cloro carregados negativamente e íons de sódio carregados positivamente. Quando a água evapora, as partículas carregadas positiva e negativamente se recombinam em cristais de sal.

"Em vez de usar íons atômicos como os do sal, usamos partículas coloidais, que são milhares de vezes maiores. Quando misturamos as partículas coloidais nas condições certas, eles se comportam como íons atômicos e se auto-montam em cristais, "disse Sacanna.

O processo permite fazer grandes quantidades de materiais.

"Usando a carga superficial natural das partículas, conseguimos evitar qualquer uma das substâncias químicas de superfície normalmente exigidas para uma montagem tão elaborada, nos permitindo criar facilmente grandes volumes de cristais, "disse Theodore Hueckel, pesquisador de pós-doutorado na NYU e primeiro autor do estudo.

Além de criar materiais coloidais semelhantes ao sal, os pesquisadores usaram a automontagem para criar materiais coloidais que imitam pedras preciosas, em particular, opalas. As opalas são iridescentes e coloridas, resultado de sua microestrutura cristalina interna e de sua interação com a luz. No laboratório, os pesquisadores criaram suas gemas de tubo de ensaio com microestruturas internas muito semelhantes às opalas.

"Se você tirar uma imagem altamente ampliada de uma opala, você verá os mesmos minúsculos blocos de construção esféricos alinhados de maneira regular, "acrescentou Hueckel.

O uso de carga eletrostática para automontagem permite que os pesquisadores imitem materiais encontrados na natureza, mas também tem vantagens além do que ocorre naturalmente. Por exemplo, eles podem ajustar o tamanho e a forma das partículas carregadas positiva e negativamente, que permite uma ampla gama de diferentes estruturas cristalinas.

"Somos inspirados pelos cristais iônicos da natureza, mas acreditamos que iremos além de sua complexidade estrutural, utilizando todos os elementos de design disponíveis exclusivamente para blocos de construção coloidais, "disse Hueckel.