p (Phys.org) —Os pesquisadores da Engenharia da Colúmbia desenvolveram uma técnica para isolar uma única molécula de água dentro de um fulereno, ou C ₆₀ , e para conduzir o movimento da chamada "grande" bola apolar através do "pequeno" polar H encapsulado ₂ O molécula, um mecanismo de transporte de controle em um nanocanal sob um campo elétrico externo. Eles esperam que este método leve a uma série de novos aplicativos, incluindo maneiras eficazes de controlar a entrega de drogas e montar C ₆₀ estruturas 3D funcionais baseadas em nanoescala, além de expandir nossa compreensão das propriedades de uma única molécula. O estudo foi publicado como "Physics Focus" na edição de 12 de abril da Cartas de revisão física . p "Buckyballs, mais formalmente conhecido como Buckminsterfullerenes, ou fulerenos, são esféricos, estruturas moleculares ocas feitas de 60 átomos de carbono, com o tamanho de ~ 1 nm — 6, 000-8, 000 vezes menor do que um glóbulo vermelho normal - e, por causa de sua estrutura altamente simétrica, núcleo muito hidrofóbico, ligações covalentes não polares, e mais importante, relativamente não tóxico para o corpo humano, eles são um recipiente perfeito para moléculas de drogas, "explica Xi Chen, professor associado de engenharia ambiental e terrestre, quem liderou a pesquisa. Ele e sua equipe acreditam que seu trabalho é a primeira tentativa de manipular uma molécula não polar (C ₆₀ ) ou estrutura por uma molécula polar inserida (H ₂ O).

p Chen diz que suas descobertas podem abrir uma nova maneira de controlar e entregar uma molécula "grande" não polar como a C ₆₀ através da "pequena" molécula polar encapsulada como H ₂ O. Isso pode levar a aplicações importantes nas áreas de nanotecnologia e biotecnologia, incluindo a entrega de drogas, onde os pesquisadores podem "aprisionar" as moléculas polares da droga dentro de uma estrutura oca e, em seguida, guiá-las até seus alvos.

p E, de um ponto de vista fundamental, ele espera que o isolado, molécula única encapsulada, como o H ₂ Ó um em seu escritório, irá fornecer uma plataforma importante para revelar e investigar as características inerentes de uma única molécula, livre de seu ambiente externo.

p "O importante papel das ligações de hidrogênio nas propriedades da água, como tensão superficial e viscosidade, e as interações precisas entre uma única molécula de água e ligações de hidrogênio, ainda não estão claros, "Chen observa, "portanto, nossa nova técnica para isolar uma única molécula de água livre de quaisquer ligações de hidrogênio oferece uma oportunidade para responder a essas perguntas."

p Desde a descoberta de C ₆₀ nos anos 1980, os cientistas têm tentado resolver o desafio de controlar um único C ₆₀ . Várias estratégias mecânicas envolvendo AFM (microscopia de força atômica) foram desenvolvidas, mas estes são caros e demorados. A capacidade de dirigir um único C ₆₀ através de um campo de força externo simples, como um campo elétrico ou magnético, seria um grande passo em frente.

p No estudo da Columbia Engineering, os pesquisadores descobriram que, quando eles encapsularam uma molécula polar dentro de um fulereno não polar, eles poderiam usar um campo elétrico externo para transportar as estruturas da molécula de fulereno para as posições desejadas e ajustar a velocidade de transporte de modo que a direção de entrega e o tempo fossem controláveis. A equipe de Chen teve a ideia há um ano, e confirmou seus resultados surpreendentes através de extensas simulações atomísticas.

p Chen planeja explorar mais propriedades do H ₂ O @ C ₆₀ molécula e outras estruturas semelhantes, e continuar a sondar a interação e comunicação da única molécula de água encapsulada com seus arredores.

p "Estudar a comunicação de uma única molécula de água presa com seu ambiente externo, como moléculas adjacentes, " ele adiciona, "é como aprender como uma pessoa sentada dentro de uma sala faz conexões com amigos de fora, seletivamente sob demanda (ou seja, com controle) ou aleatoriamente (sem controle) por meio de, dizer, Pelo telefone."