O grupo de Daniela Kraft conseguiu criar uma rede de micropartículas forte e totalmente flexível. Isto pode parecer simples, mas eles são os primeiros no mundo a conseguir fazê-lo. A conquista representa um verdadeiro avanço na física da matéria mole. O estudo foi publicado em Physical Review Letters .



Ph.D. o candidato Julio Melio estuda redes microscópicas e flexíveis e isso não é uma tarefa fácil. Na natureza, essas microrredes são encontradas em géis, polímeros ou no citoesqueleto das células do corpo. “Esses materiais são flexíveis graças aos chamados modos suaves, estados flexíveis”, explica Melio.

"Não sabemos realmente como a temperatura afeta esses estados. É muito complicado estudar isso em sistemas biológicos, então fizemos uma rede de esferas microscópicas, colóides, no laboratório. O sistema mais simples é uma rede quadrada. Isso pode deformar-se em uma forma de diamante, por exemplo."

Uma técnica inteligente para conexões flexíveis

O pesquisador compra colóides de sílica e lhes dá uma cobertura de lipídios. Então ele cria um link de DNA para conectar as esferas. "Usamos dois tipos de fitas de DNA que podem se ligar umas às outras e colocá-las em colóides. Estas podem então se ligar umas às outras, mas não a outro colóide da mesma espécie. A coisa especial sobre essas ligações de DNA é que as partículas ligadas podem se mover em relação uns aos outros. Portanto, a rede é flexível."

A seguir começa o difícil trabalho de colocar as contas na estrutura desejada. Isso é um grande desafio, explica Melio. "Você pega um colóide com as chamadas pinças ópticas, um laser, e o coloca em contato com um segundo. É assim que você constrói a rede, uma por uma." No entanto, o sistema é extremamente sensível, portanto, com a menor mudança nas circunstâncias, você obtém esferas qualitativamente ruins que ficam grudadas. “E então o sistema perde flexibilidade”, diz Melio.

Na primeira vez, foi necessário o doutorado. candidato quase três quartos de ano para fazer uma grade perfeitamente quadrada de cinco por cinco colóides. “A esta altura, felizmente posso fazer isso muito mais rápido”, diz ele. Isso faz do grupo Kraft o primeiro no mundo a construir uma grande microestrutura de forma tão controlada, sem perder flexibilidade.

Aplicações potenciais:Metamateriais e microrobôs

Os pesquisadores já obtiveram novos insights que ajudam a compreender melhor os modos suaves nas microrredes. Quanto maior for a rede, maior será a probabilidade de ela estar no estado quadrado em vez de no estado de diamante. Estruturas maiores também cortam melhor:elas se deformam mais facilmente sob força de cisalhamento do que variantes menores.

Isto é interessante para o desenvolvimento de novos metamateriais, onde as propriedades dependem da estrutura. Por exemplo, como responde à pressão ou como pode dobrar-se. Mas Melio espera especialmente encontrar uma maneira de controlar remotamente a deformação da microrrede.

"Então você teria realmente a base para um microrobô. Eles são usados, por exemplo, em aplicações biomédicas, como operações. Claro, ainda não estou tão longe. Agora estou experimentando tornar os colóides magnéticos para ver se eles podem ser controlados externamente desta forma. Seria muito bom se eu conseguisse isso antes de terminar meu doutorado”, diz Melio.

Mais informações: Julio Melio et al, Soft and Stiff Normal Modes in Floppy Colloidal Square Lattices, Physical Review Letters (2024). DOI:10.1103/PhysRevLett.132.078202
Fornecido pela Universidade de Leiden