p Pesquisadores da University of Illinois e da Northwestern University demonstraram estruturas bioinspiradas que se automontam a partir de blocos de construção simples:esferas. p As "supermoléculas" helicoidais são feitas de minúsculas bolas coloidais em vez de átomos ou moléculas. Métodos semelhantes podem ser usados ​​para fazer novos materiais com a funcionalidade de moléculas coloidais complexas. A equipe publicará suas descobertas na edição de 14 de janeiro da revista Ciência .

p "Agora podemos fazer uma classe totalmente nova de materiais inteligentes, que abre a porta para novas funcionalidades que não poderíamos imaginar antes, "disse Steve Granick, Professor fundador de engenharia da Universidade de Illinois e professor de ciência e engenharia de materiais, química, e física.

p A equipe de Granick desenvolveu pequenas esferas de látex, apelidado de "esferas de Janus, "que se atraem na água de um lado, mas se repelem do outro lado. A natureza dual é o que dá às esferas a capacidade de formar estruturas incomuns, de forma semelhante aos átomos e moléculas.

p Em água pura, as partículas se dispersam completamente porque seus lados carregados se repelem. Contudo, quando o sal é adicionado à solução, os íons de sal suavizam a repulsão para que as esferas possam se aproximar o suficiente para que suas extremidades hidrofóbicas sejam atraídas. A atração entre essas extremidades une as esferas em grupos.

p Em baixas concentrações de sal, pequenos aglomerados de apenas algumas partículas se formam. Em níveis mais altos, formam clusters maiores, eventualmente auto-montagem em cadeias com uma intrincada estrutura helicoidal.

p "Assim como átomos crescendo em moléculas, essas partículas podem crescer em supracolóides, "Granick disse." Essas vias seriam muito convencionais se estivéssemos falando sobre átomos e moléculas reagindo uns com os outros quimicamente, mas as pessoas não perceberam que as partículas também podem se comportar dessa maneira. "

p A equipe projetou esferas com a quantidade certa de atração entre suas metades hidrofóbicas para que fiquem grudadas uma na outra, mas ainda sejam dinâmicas o suficiente para permitir o movimento, rearranjo, e crescimento do cluster.

p "A quantidade de aderência realmente importa muito. Você pode acabar com algo que está desordenado, apenas pequenos aglomerados, ou se as esferas forem muito pegajosas, você acaba com uma bagunça globular em vez dessas belas estruturas, "disse o estudante Jonathan Whitmer, um co-autor do artigo.

p Uma das vantagens das supermoléculas da equipe é que elas são grandes o suficiente para serem observadas em tempo real usando um microscópio. Os pesquisadores foram capazes de observar as esferas de Janus se unirem e os clusters crescerem - seja uma esfera por vez ou se fundindo com outros pequenos clusters - e se reorganizarem em diferentes configurações estruturais que a equipe chama de isômeros.

p "Projetamos esses materiais inteligentes para assumir formas úteis que a natureza não escolheria, "Granick disse.

p Surpreendentemente, cálculos teóricos e simulações de computador por Erik Luijten, Professor de ciência dos materiais e engenharia da Northwestern University e de ciências da engenharia e matemática aplicada, e Whitmer, um aluno em seu grupo, mostraram que as estruturas helicoidais mais comuns não são as mais energeticamente favoráveis. Em vez, as esferas se unem da maneira mais cineticamente favorável - isto é, o primeiro bom ajuste que eles encontram.

p Próximo, os pesquisadores esperam continuar a explorar as propriedades do colóide com o objetivo de projetar estruturas menos naturais. Partículas de Janus de diferentes tamanhos ou formas podem abrir a porta para a construção de outras supermoléculas e para um maior controle sobre sua formação.

p "Estas partículas particulares têm estruturas preferidas, mas agora que percebemos o mecanismo geral, podemos aplicá-lo a outros sistemas - partículas menores, diferentes interações - e tente projetar clusters que mudam de forma, "Granick disse.