p A natureza é um mestre construtor. Usando uma abordagem de baixo para cima, a natureza leva minúsculos átomos e, por meio de ligações químicas, faz materiais cristalinos, como diamantes, silício e até sal de mesa. Em todos eles, as propriedades dos cristais dependem do tipo e arranjo dos átomos dentro da rede cristalina. p Agora, uma equipe de cientistas da Northwestern University aprendeu como superar a natureza construindo materiais cristalinos a partir de nanopartículas e DNA, o mesmo material que define o código genético de todos os organismos vivos.

p Usando nanopartículas como "átomos" e DNA como "ligações, "os cientistas aprenderam como criar cristais com as partículas dispostas nos mesmos tipos de configurações de rede atômica como algumas encontradas na natureza, mas eles também construíram estruturas completamente novas que não possuem uma contraparte mineral natural.

p As regras básicas de projeto que os cientistas da Northwestern estabeleceram para esta abordagem de montagem de nanopartículas prometem a possibilidade de criar uma variedade de novos materiais que podem ser úteis na catálise, eletrônicos, ótica, biomedicina e geração de energia, tecnologias de armazenamento e conversão.

p O novo método e regras de design para fazer materiais cristalinos a partir de nanoestruturas e DNA serão publicados em 14 de outubro pela revista. Ciência .

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p "Estamos construindo uma nova tabela periódica, "disse o professor Chad A. Mirkin, quem liderou a pesquisa. "Usando essas novas regras de design e nanopartículas como 'átomos artificiais, 'desenvolvemos modos de cristalização controlada que são, em muitos aspectos, mais poderoso do que a forma como a natureza e os químicos fazem materiais cristalinos a partir dos átomos. Ao controlar o tamanho, forma, tipo e localização de nanopartículas dentro de uma determinada rede, podemos fazer materiais e arranjos de partículas completamente novos, não apenas o que a natureza dita. "

p Mirkin é o George B. Rathmann Professor de Química no Weinberg College of Arts and Sciences e professor de medicina, engenharia química e biológica, engenharia biomédica e ciência de materiais e engenharia e diretor do Instituto Internacional de Nanotecnologia da Northwestern (IIN).

p "Uma vez que temos um certo tipo de rede, "Mirkin disse, "as partículas podem ser movidas para mais perto ou para longe, alterando o comprimento do DNA de interconexão, proporcionando assim uma sintonização quase infinita. "

p "Este trabalho resultou de uma colaboração interdisciplinar que uniu a química sintética com a construção de modelos teóricos, "disse o co-autor George C. Schatz, um teórico de renome mundial e o Professor de Química Charles E. e Emma H. ​​Morrison da Northwestern. "Foi o vaivém entre a síntese e a teoria que foi crucial para o desenvolvimento das regras de design. A colaboração é um aspecto especial da pesquisa na Northwestern, e funcionou de forma muito eficaz para este projeto. "

p No estudo, os pesquisadores começam com duas soluções de nanopartículas revestidas com DNA de fita simples. Eles então adicionam fitas de DNA que se ligam a essas partículas funcionalizadas com DNA, que então apresentam um grande número de "extremidades pegajosas" de DNA a uma distância controlada da superfície da partícula; essas extremidades adesivas então se ligam às extremidades adesivas das partículas adjacentes, formando um arranjo macroscópico de nanopartículas.

p Diferentes estruturas cristalinas são obtidas usando diferentes combinações de nanopartículas (com tamanhos variados) e fitas de ligação de DNA (com comprimentos controláveis). Após um processo de mistura e aquecimento, a transição das partículas montadas de um estado inicialmente desordenado para um em que cada partícula está precisamente localizada de acordo com uma estrutura de rede cristalina. O processo é análogo ao modo como os cristais atômicos ordenados são formados.

p Os pesquisadores relatam seis regras de design que podem ser usadas para prever a estabilidade relativa de diferentes estruturas para um determinado conjunto de tamanhos de nanopartículas e comprimentos de DNA. No papel, eles usam essas regras para preparar 41 estruturas cristalinas diferentes com nove simetrias cristalinas distintas. Contudo, as regras de design delineiam uma estratégia para ajustar independentemente cada um dos parâmetros cristalográficos relevantes, incluindo tamanho de partícula (variando de 5 a 60 nanômetros), simetria do cristal e parâmetros de rede (que podem variar de 20 a 150 nanômetros). Isso significa que esses 41 cristais são apenas um pequeno exemplo do número quase infinito de redes que poderiam ser criadas usando diferentes nanopartículas e fitas de DNA.

p Mirkin e sua equipe usaram nanopartículas de ouro em seu trabalho, mas observam que seu método também pode ser aplicado a nanopartículas de outras composições químicas. Tanto o tipo de nanopartícula montada quanto a simetria da estrutura montada contribuem para as propriedades de uma rede, tornando este método um meio ideal para criar materiais com propriedades físicas previsíveis e controláveis.

p Mirkin acredita que, um dia em breve, será criado um software que permitirá aos cientistas escolher os pares de partículas e DNA necessários para fazer quase qualquer estrutura sob demanda.