p (Phys.org) - Embora seja relativamente simples construir uma caixa na macroescala, é muito mais desafiador em escalas menores de comprimento de micro e nanômetro. Nesses tamanhos, as estruturas tridimensionais (3-D) são muito pequenas para serem montadas por qualquer máquina e devem ser guiadas para serem montadas sozinhas. E agora, pesquisa interdisciplinar por engenheiros da Universidade Johns Hopkins em Baltimore, Md., e matemáticos da Brown University em Providence, R.I., levou a um avanço mostrando que poliedros de ordem superior podem de fato se dobrar e se montar. p "O que é notável aqui não é apenas que uma estrutura se dobra por conta própria, mas que se dobra em uma forma muito precisa, forma tridimensional, e isso acontece sem nenhuma pinça ou intervenção humana, "diz David Gracias, um engenheiro químico e biomolecular na Johns Hopkins. "Assim como a natureza monta tudo, de conchas do mar a pedras preciosas de baixo para cima, a ideia de automontagem promete uma nova maneira de fabricar objetos de baixo para cima. "

p Com o apoio da National Science Foundation (NSF), Gracias e Govind Menon, um matemático da Brown University, estão desenvolvendo micro e nanoestruturas 3-D de automontagem que podem ser usadas em uma série de aplicações, incluindo medicamentos.

p A equipe de Menon na Brown começou a projetar essas minúsculas estruturas 3-D primeiro alisando-as. Eles trabalharam com várias formas, como painéis interconectados de 12 lados, que pode potencialmente dobrar em um recipiente em forma de dodecaedro. "Imagine cortá-lo e nivelar os rostos conforme você avança, "diz Menon." É um desdobramento bidimensional do poliedro. "

p E nem todas as formas planas são criadas iguais; alguns dobram melhor do que outros. “Os melhores são os mais compactos. São 43, 380 maneiras de dobrar um dodecaedro, "observa Menon.

p Os pesquisadores desenvolveram um algoritmo para filtrar todas as escolhas possíveis, estreitando o campo para algumas formas compactas que facilmente se dobram em estruturas 3-D. A equipe de Menon enviou esses designs para Gracias e sua equipe na Johns Hopkins que construiu as formas, e validou a hipótese.

p “Depositamos um material entre as faces e as bordas, e então aquecê-los, que cria tensão superficial e une as bordas, fundir a estrutura fechada, "explica Gracias." O ângulo entre os painéis adjacentes em um dodecaedro é de 116,6 graus e em nosso processo, os painéis pentagonais se alinham com precisão nesses ângulos notavelmente precisos e se vedam; por conta própria. "

p "A era da miniaturização promete revolucionar nossas vidas. Podemos fazer esses poliedros de vários materiais diferentes, como metais, semicondutores e até polímeros biodegradáveis ​​para uma gama de ópticos, aplicativos eletrônicos e de entrega de medicamentos, "continua Gracias." Por exemplo, há uma necessidade na medicina de criar partículas inteligentes que podem atingir tumores específicos, doença específica, sem entregar drogas para o resto do corpo, que limita os efeitos colaterais. "

p Imagine milhares de estruturas precisamente estruturadas, pequeno, biodegradável, caixas correndo pela corrente sanguínea a caminho de um órgão doente. Assim que chegarem ao destino, eles podem liberar medicamentos com extrema precisão. Essa é a visão para o futuro. Por enquanto, a preocupação mais imediata é fazer com que o projeto das estruturas seja perfeito para que possam ser fabricadas com alto rendimento.

p "Nosso processo também é compatível com a fabricação de circuitos integrados, portanto, imaginamos que podemos usá-lo para colocar chips lógicos e de memória baseados em silício nas faces de poliedros 3-D. Nossa metodologia abre a porta para a criação de partículas verdadeiramente tridimensionais 'inteligentes' e multifuncionais em escalas de micro e nano-comprimento, "diz Gracias.