Os pesquisadores identificaram uma nova abordagem química que pode remover micropoluentes do meio ambiente.

Micropoluentes são contaminantes biológicos ou químicos que chegam às águas subterrâneas e superficiais em pequenas quantidades.

Usando uma técnica de imagem pioneira, Os pesquisadores da Cornell University obtiveram um instantâneo de alta resolução de como os ligantes, moléculas que se ligam a outras moléculas ou metais, interagir com a superfície das nanopartículas. Ao fazer isso, eles fizeram uma descoberta revolucionária inesperada. Eles determinaram que, variando a concentração de um ligante individual, eles também poderiam controlar a forma da partícula ao qual ele se ligava.

Essa abordagem pode resultar em uma série de aplicativos diários, incluindo o desenvolvimento de sensores químicos que são sensíveis em um nível muito baixo a um produto químico específico no ambiente.

"O trabalho do professor Peng Chen permite insights profundos sobre os processos de adsorção molecular, que é importante entender para projetar sensores moleculares, catalisadores, e esquemas para limpar micropoluentes do meio ambiente, "disse o Dr. James Parker, gerenciador de programa, Comando de Desenvolvimento de Capacidades de Combate do Exército dos EUA, conhecido como DEVCOM, Laboratório de Pesquisa do Exército. "Esta pesquisa também é importante para projetar e projetar materiais responsivos a estímulos com função especializada que não poderiam ser encontrados no regular, materiais de massa."

A pesquisa, publicado em Nature Communications , estudou interações de ligantes e ganhou uma nova compreensão da força, ou afinidade de adsorção de ligante, bem como como vários ligantes cooperam, ou não, um com o outro.

"Quando a molécula é adsorvida na superfície de um material em nanoescala, também protege a superfície e a torna mais estável, "disse o Dr. Peng Chen, o Peter J.W. Professor Debye de Química na Faculdade de Artes e Ciências da Cornell University, quem liderou a pesquisa. "Isso pode ser utilizado para controlar como as partículas em nanoescala crescem e se tornam sua forma final. E descobrimos que podemos fazer isso com apenas um ligante. Você não faz nenhum outro truque. Você apenas diminui a concentração ou aumenta a concentração, e você pode mudar a forma. "

Compreender como os ligantes interagem com a superfície das nanopartículas tem sido um desafio de estudo. Ligantes adsorvidos são difíceis de identificar porque existem outras moléculas na mistura, e as superfícies das nanopartículas são irregulares e multifacetadas, o que significa que eles exigem uma resolução espacial incrivelmente alta para serem examinados.

O tamanho e as estruturas de superfície de uma nanopartícula, ou facetas, estão intrinsecamente ligados às aplicações potenciais da partícula. Quanto maior a partícula, quanto mais átomos cabem dentro dele, enquanto as partículas menores têm menos espaço disponível internamente, mas uma proporção de volume de superfície maior para os átomos ficarem no topo, onde podem ser utilizados para processos como catálise e adsorção. Os diferentes tipos de estruturas que os átomos e moléculas formam nessas facetas da superfície estão diretamente correlacionados com a forma da partícula.

Os cientistas usaram vários métodos de imagem para pesquisar essas partículas, mas até agora, eles não foram capazes de obter resolução nanométrica para realmente explorar os cantos e recantos das múltiplas facetas da superfície e quantificar a afinidade, ou força, da adsorção de um ligante. A equipe de pesquisa foi capaz de fazer isso empregando um método de sua própria concepção chamado Técnica de Imagem Habilitada por Competição com Super-resolução ou COMPEITS.

O processo funciona introduzindo uma molécula que reage com a superfície da partícula e gera uma reação fluorescente. Uma molécula não fluorescente é então enviada para se ligar à superfície, onde sua reação compete com o sinal fluorescente. A diminuição resultante na fluorescência, essencialmente criando uma imagem negativa, pode então ser medido e mapeado com super alta resolução.

Usando COMPEITS em uma nanopartícula de ouro, a equipe foi capaz de quantificar a força de adsorção do ligante, e eles descobriram que o comportamento do ligante pode ser muito diverso. Ligantes, acontece que, são amigos do bom tempo de uma espécie, em alguns sites, eles cooperam para ajudar uns aos outros a absorver, mas em outros locais eles podem prejudicar os esforços uns dos outros. Os pesquisadores também descobriram que às vezes essa cooperatividade positiva e negativa existe no mesmo local.

Além disso, os pesquisadores aprenderam que a densidade da superfície dos ligantes adsorvidos pode determinar qual faceta é dominante. Esse crossover inspirou a equipe a variar as concentrações de ligantes individuais como uma forma de ajustar a forma da própria partícula.

"Para nós, isso abriu mais possibilidades, "Disse Chen." Por exemplo, uma maneira de remover micropoluentes, como pesticidas, do ambiente é adsorver microporções na superfície de alguma partícula adsorvente. Depois de ser adsorvido na superfície da partícula, se a partícula é um catalisador, pode catalisar a destruição dos micropoluentes. "