p (PhysOrg.com) - Cientistas do Laboratório Nacional de Brookhaven do Departamento de Energia dos EUA relatam a primeira montagem bem-sucedida de estruturas em nanoescala multicomponentes 3-D com propriedades ópticas ajustáveis ​​que incorporam partículas que absorvem e emitem luz. Este trabalho, usando DNA sintético como um componente programável para ligar as nanopartículas, demonstra a versatilidade da nanotecnologia baseada em DNA para a fabricação de classes funcionais de materiais, particularmente os ópticos, com possíveis aplicações em dispositivos de conversão de energia solar, sensores, e circuitos em nanoescala. A pesquisa foi publicada online em 29 de setembro, 2010, no jornal Nano Letras . p “Pela primeira vez, demonstramos uma estratégia para a montagem de 3-D, bem definido, estruturas opticamente ativas usando componentes codificados por DNA de diferentes tipos, ”Disse o autor principal Oleg Gang do Centro de Nanomateriais Funcionais de Brookhaven (CFN). Como o trabalho anterior de Gang e seus colegas, esta técnica faz uso da alta especificidade de ligação entre fitas complementares de DNA para ligar as partículas de uma maneira precisa.

p No estudo atual, as moléculas de ligação de DNA tinham três sítios de ligação. As duas extremidades das fitas foram projetadas para se ligar a fitas complementares em nanopartículas de ouro "plasmônicas" - partículas nas quais um determinado comprimento de onda de luz induz uma oscilação coletiva dos elétrons condutores, levando a uma forte absorção de luz naquele comprimento de onda. A parte interna de cada ligante de DNA foi codificada para reconhecer uma fita complementar quimicamente ligada a uma molécula de corante fluorescente. Esta configuração resultou na automontagem de estruturas cristalinas cúbicas centradas no corpo 3-D com nanopartículas de ouro localizadas em cada canto do cubo e no centro, com moléculas de corante em posições definidas entre eles.

p Os cientistas também demonstraram que as estruturas montadas podem ser ajustadas dinamicamente alterando a concentração de sal da solução na qual são formadas. Mudanças na salinidade alteram o comprimento das moléculas de DNA carregadas negativamente, levando à contração reversível e expansão de toda a rede em cerca de 30 por cento de comprimento.

p “Há muito tempo se entendeu que a distância entre as nanopartículas de metal e as moléculas de corante emparelhadas pode afetar as propriedades ópticas das últimas, ”Disse Matthew Sfeir, coautor e cientista óptico do CFN. Neste experimento, a expansão e contração da rede cristalina desencadeadas pelas mudanças na concentração de sal permitiram uma modulação dramática de uma resposta óptica:foi observado um aumento de três vezes na taxa de emissão das moléculas fluorescentes.

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p Estes resultados foram determinados usando uma combinação de espalhamento de raios-x de pequeno ângulo na Fonte de Luz Síncrotron Nacional de Brookhaven (NSLS) e métodos fluorescentes resolvidos no tempo no CFN. "Esta combinação de métodos estruturais baseados em síncrotron e técnicas de imagem óptica resolvidas no tempo forneceu uma visão direta inestimável sobre a relação entre a estrutura e as propriedades fluorescentes dessas matrizes emissoras de luz, ”Gang disse.

p “Nosso estudo aborda questões importantes sobre a automontagem de sistemas a partir de componentes de vários tipos. Esses sistemas permitem a modulação de propriedades de componentes individuais, e pode levar ao surgimento de novos comportamentos devido aos efeitos coletivos. Esta abordagem de montagem pode ser aplicada para explorar tal comportamento coletivo de matrizes nano-ópticas tridimensionais - por exemplo, a influência da rede plasmônica em pontos quânticos.

p “Uma compreensão dessas interações seria relevante para o desenvolvimento de novos materiais ópticos para fotovoltaicos, fotocatálise, Informática, e aplicações emissoras de luz. Agora temos uma abordagem para fazer essas estruturas e estudar melhor esses efeitos. ”