p (PhysOrg.com) - Se a promessa da nanotecnologia for cumprida, as nanopartículas terão de ser capazes de fazer algo por si mesmas. Um avanço importante em direção a esse objetivo foi alcançado por pesquisadores do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley do Departamento de Energia dos EUA, que encontraram uma maneira simples, mas poderosamente robusta, de induzir nanopartículas a se montarem em matrizes complexas. p Ao adicionar tipos específicos de pequenas moléculas a misturas de nanopartículas e polímeros, os pesquisadores são capazes de direcionar a automontagem das nanopartículas em matrizes de um, duas e até três dimensões sem modificação química das nanopartículas ou dos copolímeros em bloco. Além disso, a aplicação de estímulos externos, como luz e / ou calor, pode ser usado para direcionar ainda mais os conjuntos de nanopartículas para detalhes estruturais ainda mais finos e complexos.

p "Demonstramos uma abordagem simples, mas versátil, para controlar com precisão a distribuição espacial de nanopartículas disponíveis em várias escalas de comprimento, variando do nano ao macro, "diz Ting Xu, um cientista de polímeros que liderou este projeto e que possui nomeações conjuntas com a Divisão de Ciências de Materiais do Berkeley Lab e com a Universidade da Califórnia, Departamentos de Ciências e Engenharia de Materiais de Berkeley, e Química. "Nossa técnica pode ser usada em uma ampla variedade de nanopartículas e deve abrir novos caminhos para a fabricação de dispositivos baseados em nanopartículas, incluindo sistemas altamente eficientes para a geração e armazenamento de energia solar."

p Xu é o autor correspondente em um artigo que descreve este trabalho que foi publicado pela revista Materiais da Natureza . O artigo é intitulado:"Montagem de nanopartículas dirigidas por moléculas pequenas para nanocompósitos responsivos a estímulos." Os coautores deste artigo com ela foram Yue Zhao, Kari Thorkelsson, Alexander Mastroianni, Thomas Schilling, Joseph Luther, Benjamin Rancatore, Kazuyuki Matsunaga, Hiroshi Jinnai, Yue Wu, Daniel Poulsen, Jean Fréchet e Paul Alivisatos.

p A arte da auto-montagem

p Partículas nanométricas - pedaços de matéria com alguns bilionésimos de um metro de tamanho, ou mais de cem vezes menor do que o material das microtecnologias de hoje - exibem propriedades altamente cobiçadas não encontradas em materiais macroscópicos, incluindo óptico, eletrônico, magnético, etc. A promessa da nanotecnologia é que explorar essas propriedades únicas em escala comercial poderia produzir "mudanças de jogo" tão sustentáveis, energia limpa e barata, e a criação sob demanda de novos materiais com propriedades sob medida para atender a necessidades específicas. A realização dessa promessa começa com as nanopartículas sendo capazes de se organizar em estruturas complexas e padrões hierárquicos, semelhante ao que a natureza faz rotineiramente com as proteínas.

p "O controle preciso da organização espacial de nanopartículas e outros blocos de construção nanoscópicos em várias escalas de comprimento tem sido um gargalo na geração de baixo para cima de materiais tecnologicamente importantes, "diz Xu." A maioria das abordagens que foram usadas até agora envolveram modificações de superfície. "

p Por menores que sejam, as nanopartículas são essencialmente todas de superfície, de modo que qualquer processo que modifique a superfície de uma nanopartícula pode alterar profundamente as propriedades dessa partícula. Organizar com precisão essas nanopartículas é fundamental para adaptar as propriedades macroscópicas durante a montagem das nanopartículas. Embora o DNA tenha sido usado para induzir a automontagem de nanopartículas com um alto grau de precisão, essa abordagem só funciona bem para arrays organizados de tamanho limitado; é impraticável para fabricação em grande escala. Xu acredita que uma abordagem melhor é usar copolímeros em bloco - sequências longas ou "blocos" de um tipo de molécula monomérica ligada a blocos de outro tipo de molécula monomérica.

p "Copolímeros em bloco prontamente se automontam em matrizes bem definidas de nanoestruturas ao longo de distâncias macroscópicas, "Ela diz." Eles seriam uma plataforma ideal para direcionar a montagem de nanopartículas, exceto que os copolímeros em bloco e as nanopartículas não são particularmente compatíveis entre si do ponto de vista químico. É necessário um mediador para reuni-los. "

p Xu e seu grupo encontraram esse "mediador" na forma de pequenas moléculas que se juntam às nanopartículas e, em seguida, são capazes de se anexar e a seus parceiros das nanopartículas à superfície de um copolímero em bloco. Para este estudo, Xu e seu grupo usaram dois tipos diferentes de pequenas moléculas, surfactantes (agentes umectantes) apelidados de "PDP" e "OPAP". Essas pequenas moléculas podem ser estimuladas por luz (PDP) ou calor (OPAP) para cortar sua conexão com a superfície de um copolímero em bloco e ser reposicionadas em outro local ao longo da cadeia polimérica. Desta forma, a distribuição espacial dos mediadores de pequenas moléculas e seus parceiros de nanopartículas podem ser precisamente direcionados sem a necessidade de modificar as nanopartículas ou os polímeros.

p "A beleza desta técnica é que não envolve química sofisticada, "diz Xu." É realmente uma técnica plug and play, em que você simplesmente mistura as nanopartículas com os copolímeros em bloco e, em seguida, adiciona as pequenas moléculas de que precisa. "

p Para este estudo, Xu e seus colegas adicionaram pequenas moléculas de PDP ou OPAP a várias misturas de nanopartículas, tal
como seleneto de cádmio e sulfeto de chumbo, misturado com um copolímero em bloco comercial - poliestireno-bloco-poli (4-vinil piridina). Enquanto ela e seu grupo trabalhavam com luz e calor, ela diz outros estímulos, como pH, também pode ser usado para reposicionar pequenas moléculas e seus parceiros de nanopartículas ao longo das formações de copolímero em bloco. Substituições estratégicas de diferentes tipos de pequenas moléculas responsivas a estímulos podem servir como um mecanismo para o ajuste fino estrutural ou para incorporar propriedades funcionais específicas em nanocompósitos. Xu e seus colegas estão agora no processo de adicionar funcionalidade à sua técnica de automontagem.

p "Reúna os componentes básicos certos - nanopartículas, polímeros e pequenas moléculas - estimulam a mistura com uma combinação de calor, luz ou alguns outros fatores, e esses componentes serão montados em estruturas ou padrões sofisticados, "diz Xu." Não é diferente de como a natureza o faz. "

p Fonte:Laboratório Nacional Lawrence Berkeley (notícias:web)