Os cientistas criaram novos tipos de partículas, 1/100 do diâmetro de um cabelo humano, que se montam espontaneamente em estruturas semelhantes a moléculas feitas de átomos. Crédito:ilustração cortesia de Yufeng Wang e Yu Wang.
Os cientistas criaram novos tipos de partículas, 1/100 do diâmetro de um cabelo humano, que se montam espontaneamente em estruturas semelhantes a moléculas feitas de átomos. Essas novas partículas vêm juntas, ou "automontar, "para formar estruturas em padrões que antes eram impossíveis de fazer e prometem para a fabricação de materiais óticos e cerâmicos avançados.
O método, descrito na última edição da revista Natureza , foi desenvolvido por uma equipe de químicos, engenheiros químicos, e físicos da New York University (NYU), a Harvard School of Engineering &Applied Sciences, o Departamento de Física de Harvard, e Dow Chemical Company.
O método é centrado no aprimoramento da arquitetura de coloides - pequenas partículas suspensas em um meio fluido. As dispersões coloidais são compostas de itens do dia a dia, como tinta, leite, gelatina, copo, e porcelana, mas seu potencial para criar novos materiais permanece amplamente inexplorado.
Anteriormente, os cientistas conseguiram construir estruturas rudimentares a partir de coloides. Mas a capacidade de usar coloides para projetar e montar estruturas tridimensionais complexas, que são vitais para o design de materiais ópticos avançados, foi limitado. Isto é, em parte, porque os colóides não têm ligações direcionais, que são necessários para controlar a automontagem de partículas, bem como para aumentar a complexidade, mantendo a integridade estrutural dessas criações. Esses conjuntos servem como blocos de construção do mundo natural, por exemplo, átomos e moléculas - mas eles são raros no domínio coloidal.
"O objetivo desse método era usar as propriedades da natureza para os átomos e aplicá-las ao mundo coloidal, "explicou o professor de química da NYU, Marcus Weck, um dos co-autores do estudo.
Estas são imagens de microscópio eletrônico de "átomos coloidais, "partículas do tamanho de um micrômetro com manchas que permitem a ligação apenas ao longo de direções específicas. Da esquerda para a direita:partícula com uma mancha (análogo a um átomo de hidrogênio), dois, três, quatro (análogo a um átomo de carbono), cinco, seis, e sete patches. Crédito:Imagem cortesia de Vinothan N. Manoharan e David J. Pine.
"Os químicos têm toda uma tabela periódica de átomos para escolher quando sintetizam moléculas e cristais, "acrescentou o co-autor Vinothan Manoharan, Professor Associado de Engenharia Química e Física em Harvard. "Queríamos desenvolver um 'conjunto de construção' semelhante para fazer moléculas e cristais em grande escala."
No desenvolvimento de coloides com tais propriedades, os pesquisadores criaram "patches" químicos que podem formar ligações direcionais, permitindo assim a montagem de "redes" tridimensionais com apenas algumas conexões entre as partículas, um importante elemento de design para muitos materiais avançados. Sem ligação direcional, tais estruturas são instáveis.
O truque era estabelecer capacidades de ligação nos patches. Os cientistas fizeram isso usando fitas simples de DNA, que cientistas da NYU e de outros lugares usaram anteriormente para organizar pequenas partículas. No método descrito na Nature, essas fitas de DNA serviam como "extremidades adesivas" às quais os fragmentos de partículas podiam aderir.
"O que isso significa é que podemos fazer partículas que se fixam apenas nas manchas, e então podemos programá-los para que apenas tipos específicos de partículas se fixem nesses patches, "disse o co-autor e professor de física da NYU David Pine." Isso nos dá uma enorme flexibilidade para projetar estruturas tridimensionais. "
Os pesquisadores acrescentaram que a especificidade das interações de DNA entre os patches significa que colóides com propriedades diferentes, como tamanho, cor, funcionalidade química, ou condutividade elétrica, pode levar à produção de novos materiais. Isso inclui, potencialmente, redes tridimensionais com fio elétrico ou cristais fotônicos para aprimorar as exibições ópticas de uma variedade de produtos de consumo e para melhorar a velocidade dos chips de computador.
