p Materiais inteligentes, a última revolução no campo da ciência dos materiais, podem adaptar suas propriedades dependendo das mudanças em seus arredores. Eles podem ser usados ​​em tudo, desde telas de telefones celulares com autocura, para asas de avião que mudam de forma, e distribuição direcionada de drogas. Distribuir medicamentos a um alvo específico dentro do corpo usando materiais inteligentes é particularmente importante para doenças como o câncer, como o material inteligente só libera a carga útil da droga quando detecta a presença de uma célula cancerosa, deixando as células saudáveis ​​ilesas. p Agora, pesquisadores do Centro de Materiais 2D Avançados (CA2DM) da Universidade Nacional de Cingapura (NUS) criaram uma nova classe de materiais inteligentes. Tem a estrutura de um material bidimensional (2D), mas se comporta como um eletrólito - e pode ser uma nova maneira de administrar drogas dentro do corpo.

p Assim como eletrólitos tradicionais, esses novos "eletrólitos 2D" dissociam seus átomos em diferentes solventes, e ficam eletricamente carregados. Além disso, a disposição desses materiais pode ser controlada por fatores externos, como pH e temperatura, o que é ideal para a administração de medicamentos direcionados. Os eletrólitos 2D também são promissores para outras aplicações que requerem um material para responder às mudanças ambientais, como músculos artificiais e armazenamento de energia.

p A equipe por trás dos eletrólitos 2D é liderada pelo professor Antonio Castro Neto, Diretor do CA2DM, e composto por pesquisadores do CA2DM, bem como o Departamento de Física do NUS, e o Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais da NUS.

p Seus resultados foram publicados em Materiais avançados em 12 de maio de 2021.

p Mudando o comportamento de materiais 2D

p Na ciência dos materiais, um material 2D é um material sólido que existe em uma única camada de átomos. Pode ser pensado como uma folha atomicamente fina que tem uma altura e largura específicas, mas efetivamente sem profundidade, portanto, é essencialmente bidimensional. Por outro lado, um eletrólito é uma substância que produz uma suspensão eletricamente condutora quando dissolvida em um solvente, como água.

p Existem inúmeros materiais 2D existentes hoje, e o comportamento eletrolítico está bem estabelecido em inúmeros outros compostos. Contudo, os resultados dos pesquisadores NUS mostram a primeira instância de materiais que têm estrutura 2D e propriedades de eletrólitos, com uma tendência particular de mudar sua forma reversivelmente em meio líquido. A equipe da NUS conseguiu esse feito usando moléculas orgânicas como espécies reativas para adicionar diferentes funcionalidades a materiais 2D, como grafeno e dissulfeto de molibdênio (MoS2).

p "Ao adicionar diferentes grupos químicos que se tornam positivamente ou negativamente carregados eletricamente em solventes, alteramos materiais 2D tradicionais e criamos uma nova classe de materiais inteligentes que têm suas propriedades eletrônicas controladas por conformação morfológica, "explicou o professor Castro Neto.

p Os métodos usados ​​pelos pesquisadores para criar eletrólitos 2D são apenas alguns exemplos possíveis entre muitas opções potenciais, tornando esta descoberta uma área de pesquisa nova e empolgante a ser explorada.

p De uma folha plana a um rolo enrolado

p Um grande avanço desta pesquisa foi que a orientação dos eletrólitos 2D poderia mudar reversivelmente ajustando as condições externas. Atualmente, a repulsão elétrica entre a carga superficial em um material 2D leva a que ela seja disposta em uma folha plana. Ao alterar o pH, a temperatura, ou a concentração iônica das suspensões, os pesquisadores do NUS demonstraram a capacidade da folha de eletrólito 2D de mudar de forma e formar arranjos semelhantes a scroll. Esses resultados experimentais são suportados por uma análise teórica detalhada em que explicam o mecanismo físico por trás da formação e estabilidade do scroll.

p Essas orientações de rolagem têm um diâmetro tão pequeno que poderiam ser descritas como unidimensionais (1D), levando a diferentes propriedades físicas e químicas. Além disso, esta transição de 2D para 1D é reversível alterando as condições externas de volta aos seus valores originais

p "Pode-se pensar nos eletrólitos 2D como análogos dimensionais superiores dos eletrólitos 1D, comumente conhecido como polieletrólitos, "disse o Prof Castro Neto. Exemplos importantes de polieletrólitos incluem muitos materiais biologicamente relevantes, como DNA e RNA.

p "Quando ácidos, bases, ou sais são adicionados, esses polímeros eletricamente carregados também sofrem transições conformacionais de cadeias moleculares que são 1D, para objetos globulares de 0D, e vice versa. Nossos eletrólitos 2D, em analogia com polieletrólitos, mostram transições reversíveis de 2D para 1D, em função de fatores externos. Como materiais responsivos a estímulos, eles são adequados para a criação de tecnologia de ponta, " ele adicionou.

p Próximos passos

p A descoberta desta classe de materiais abriu novas áreas de exploração para cientistas de materiais, uma vez que reúne dois campos de pesquisa que foram tradicionalmente desvinculados, nomeadamente, Materiais 2D na área de Física, e eletrólitos (na área de Eletroquímica).

p "Há um número incontável de maneiras de funcionalizar o grafeno e outros materiais 2D para transformá-los em eletrólitos 2D. Esperamos que nosso trabalho inspire cientistas de diferentes campos a explorar ainda mais as propriedades e possíveis aplicações dos eletrólitos 2D. Prevemos que como eletrólitos 2D têm semelhanças com sistemas biológicos ou naturais, eles são capazes de se automontar e se reticular espontaneamente para formar nanofibras que são promissoras para aplicações em membranas de filtração, entrega de drogas, e têxteis eletrônicos inteligentes, "explicou o professor Castro Neto.