p (PhysOrg.com) - Uma equipe de cientistas liderada por um químico da Penn State University demonstrou os pontos fortes e fracos de um método alternativo de perfilamento de profundidade molecular - uma técnica usada para analisar a superfície de materiais ultrafinos, como o tecido humano , nanopartículas, e outras substâncias. No novo estudo, os pesquisadores usaram simulações de computador e modelagem para mostrar a eficácia e as limitações do método alternativo, que está sendo usado por um grupo de pesquisa em Taiwan. As novas descobertas de simulação de computador podem ajudar futuros pesquisadores a escolher quando usar o novo método de análise de como e onde moléculas específicas são distribuídas nas camadas superficiais de materiais ultrafinos. A pesquisa será publicada no Journal of Physical Chemistry Letters. p Líder da equipe Barbara Garrison, o Shapiro Professor de Química e chefe do Departamento de Química da Penn State University, explicou que bombardear um material com fulerenos - moléculas ocas compostas por 60 átomos de carbono que se formam em uma forma esférica semelhante a uma bola de futebol - é um meio eficaz de criar perfis de profundidade molecular. O nome, "buckyball, "é uma homenagem a um engenheiro americano do início do século XX, Buckminster Fuller, cujo desenho de uma cúpula geodésica se assemelha muito à molécula de 60 carbonos em forma de bola de futebol. "Os pesquisadores descobriram há alguns anos que os fulerenos poderiam ser usados ​​para traçar o perfil de profundidades em escala molecular de forma muito eficaz, "Garrison explicou." Buckyballs são muito maiores e mais grossos do que o espaçamento entre as moléculas na superfície do material que está sendo estudado, então, quando os fulerenos atingem a superfície, eles tendem a quebrá-lo de uma forma que nos permite espiar dentro do sólido e realmente ver quais moléculas estão dispostas onde. Nós podemos ver, por exemplo, que uma camada é composta por um tipo de molécula e a próxima camada é composta por outro tipo de molécula, semelhante à forma como um meteoro cria uma cratera que expõe camadas subterrâneas de rocha. "

p Garrison e seus colegas decidiram usar modelagem por computador para testar a eficácia de uma abordagem alternativa que outro grupo de pesquisa estava usando. O outro grupo usou não apenas grandes, fulerenos de alta energia para bombardear uma superfície, mas também outro menor, elemento químico de baixa energia - argônio - no processo. "Em nossas simulações de computador, modelamos o bombardeio de superfícies primeiro com fulerenos de alta energia e depois, com átomos de argônio de baixa energia, "Garrison disse.

p O grupo de Garrison descobriu que, com bombardeio de fulereno sozinho em ângulos rasantes, o resultado final é uma superfície muito áspera com muitos sulcos e cristas em uma direção. "Em muitos casos, essa abordagem funciona bem para perfis de profundidade. Contudo, em outros casos, o uso de fulerenos por si só cria uma superfície acidentada na qual realizar o perfil de profundidade molecular, porque as moléculas podem ser distribuídas de forma desigual ao longo dos picos e vales, "Garrison explicou." Nesses casos, quando o bombardeio de argônio de baixa energia é adicionado ao processo, o resultado é muito mais uniforme, superfície mais lisa, que, por sua vez, torna-se uma área melhor para fazer análises do arranjo molecular. Nesses casos, os pesquisadores podem obter uma imagem mais clara das muitas camadas de moléculas e exatamente quais moléculas compõem cada camada. "

p Contudo, A equipe de Garrison também concluiu que o argônio deve ser baixo o suficiente em energia para evitar mais danos às moléculas que estão sendo perfiladas. "De acordo com nossas simulações, o resultado final é que as condições do buckyball que o outro grupo de pesquisa usou não são as melhores para perfis de profundidade; portanto, o co-bombardeio com argônio de baixa energia auxiliou o processo, "Garrison disse." Isto é, o método de co-bombardeio funciona apenas em alguns casos muito específicos. Não achamos que o argônio de baixa energia ajudará nos casos em que os fulerenos estão com energias suficientemente altas. "Garrison acrescentou que os pesquisadores anteriores tentaram usar menores, projéteis atômicos mais simples em alta, ao invés de baixas energias, mas esses projéteis tendiam a simplesmente penetrar profundamente na superfície, sem dar aos cientistas uma visão clara do arranjo e identidade das moléculas abaixo.

p Garrison disse que o perfil de profundidade molecular é um aspecto crucial de muitos experimentos químicos e suas aplicações são de longo alcance. Por exemplo, o perfil de profundidade molecular é uma maneira de contornar os desafios de trabalhar com algo tão pequeno e intrincado como uma célula biológica. Uma célula é composta por finas camadas de materiais distintos, mas é difícil fatiar em algo tão minúsculo para analisar a composição dessas camadas superfinas. Além disso, o perfil de profundidade molecular pode ser usado para analisar outros tipos de tecido humano, como o tecido cerebral - um processo que pode ajudar os pesquisadores a entender doenças e lesões neurológicas. No futuro, o perfil de profundidade molecular também pode ser usado para estudar nanopartículas - objetos extremamente pequenos com dimensões entre 1 e 10 nanômetros, visível apenas com um microscópio eletrônico. Como as nanopartículas já estão sendo usadas experimentalmente como sistemas de entrega de drogas, uma análise detalhada de suas propriedades usando o perfil de profundidade molecular pode ajudar os pesquisadores a testar a eficácia dos sistemas de entrega de drogas.