p Usando estruturas de copolímero em bloco em forma de estrela como minúsculos vasos de reação, pesquisadores desenvolveram uma técnica aprimorada para a produção de nanocristais com tamanhos consistentes, composições e arquiteturas - incluindo metálicas, ferroelétrico, magnético, semicondutores e nanocristais luminescentes. A técnica se baseia no comprimento das moléculas de polímero e na proporção de dois solventes para controlar o tamanho e a uniformidade dos nanocristais coloidais. p A técnica pode facilitar o uso de nanopartículas para óptica, elétrico, optoeletrônico, magnético, catálise e outras aplicações nas quais o controle rígido sobre o tamanho e a estrutura é essencial para a obtenção das propriedades desejáveis. A técnica produz simples, núcleo-casca e nanopartículas ocas que podem ser solúveis em água ou em solventes orgânicos.

p "Desenvolvemos uma estratégia geral para fazer uma grande variedade de nanopartículas em diferentes faixas de tamanho, composições e arquiteturas, "disse Zhiqun Lin, professor associado da Escola de Ciência e Engenharia de Materiais do Instituto de Tecnologia da Geórgia. "Esta técnica muito robusta nos permite criar uma ampla gama de nanopartículas que não podem ser facilmente produzidas com qualquer outra abordagem."

p A técnica foi descrita na edição de junho da revista. Nature Nanotechnology . A pesquisa foi apoiada pelo Escritório de Pesquisa Científica da Força Aérea.

p As estruturas do copolímero em bloco em forma de estrela consistem em um núcleo central de beta-ciclodextrina ao qual vários "braços" - até 21 copolímeros em bloco lineares - são ligados covalentemente. Os copolímeros em bloco em forma de estrela formam as micelas unimoleculares que servem como vaso de reação e molde para a formação dos nanocristais.

p Os blocos internos de micelas unimoleculares são poli (acrílico) ácido (PAA), que é hidrofílico, o que permite que os íons de metal entrem neles. Uma vez dentro dos minúsculos vasos de reação feitos de PAA, os íons reagem com o PAA para formar nanocristais, que variam em tamanho de alguns nanômetros até algumas dezenas de nanômetros. O tamanho das nanopartículas é determinado pelo comprimento da cadeia de PAA.

p As estruturas de copolímero em bloco podem ser feitas com blocos internos hidrofílicos e blocos externos hidrofóbicos - copolímeros de bloco anfifílicos, com o qual as nanopartículas resultantes podem ser dissolvidas em solventes orgânicos. Contudo, se os blocos internos e externos forem hidrofílicos - todos copolímeros de bloco hidrofílico - as nanopartículas resultantes serão solúveis em água, tornando-os adequados para aplicações biomédicas.

p Lin e colaboradores Xinchang Pang, Lei Zhao, Wei Han e Xukai Xin descobriram que podiam controlar a uniformidade das nanopartículas variando a proporção de volume de dois solventes - dimetlformamida e álcool benzílico - em que as nanopartículas são formadas. Para nanopartículas de titanato de chumbo ferroelétrico (PbTiO3), por exemplo, uma proporção de solvente de 9 para 1 produz as nanopartículas mais uniformes.

p Os pesquisadores também produziram óxido de ferro, óxido de zinco, óxido de titânio, óxido cuproso, seleneto de cádmio, titanato de bário, ouro, nanocristais de platina e prata. A técnica pode ser aplicável a quase todos os íons metálicos de transição ou do grupo principal e íons organometálicos, Lin disse.

p "A cristalinidade das nanopartículas que somos capazes de criar é a chave para muitas aplicações, "Ele acrescentou." Precisamos fazê-los com boas estruturas cristalinas para que exibam boas propriedades físicas. "

p As técnicas anteriores para a produção de micelas poliméricas com copolímeros de blocos lineares foram limitadas pela estabilidade das estruturas e pela consistência dos nanocristais que elas produzem, Lin disse. As técnicas de fabricação atuais incluem a síntese de fase de solução orgânica, termólise de precursores organometálicos, processos sol-gel, reações hidrotermais e modelos biomiméticos ou dendrímeros. Essas técnicas existentes muitas vezes exigem condições rigorosas, são difíceis de generalizar, incluem uma série complexa de etapas, e não podem suportar mudanças no ambiente ao seu redor.

p Por contraste, A técnica de produção de nanopartículas desenvolvida pelos pesquisadores da Georgia Tech é geral e robusta. As nanopartículas permanecem estáveis ​​e homogêneas por longos períodos - até dois anos até agora - sem precipitação. Essa flexibilidade e estabilidade podem permitir uma gama de aplicações práticas, Lin disse.

p "Nossos copolímeros em bloco semelhantes a estrelas podem superar as instabilidades termodinâmicas dos copolímeros em bloco linear convencionais, "disse ele." O comprimento da cadeia dos blocos internos de PAA dita o tamanho das nanopartículas, e a uniformidade das nanopartículas é influenciada pelos solventes usados ​​no sistema. ”

p Os pesquisadores usaram uma variedade de copolímeros de di-blocos e tri-blocos semelhantes a estrelas como nanorreatores. Entre eles estão poli (ácido acrílico) -bloco-poliestireno (PAA-b-PS) e poli (ácido acrílico) -blocopoli (óxido de etileno) (PAA-b-PEO) copolímeros dibloco, e poli (4-vinilpiridina) -bloco-poli (acrilato de terc-butila) -bloco-poliestireno (P4VP-b-PtBA-b-PS), poli (4-vinilpiridina) -bloco-poli (acrilato de terc-butila) -bloco-poli (óxido de etileno) (P4VP-b-PtBA-b-PEO), poliestireno-bloco-poli (ácido acrílico) -bloco-poliestireno (PS-b-PAA-b-PS) e poliestireno-bloco-poli (ácido acrílico) -bloco-poli (óxido de etileno) (PS-b-PAA-b -PEO) copolímeros de tri-bloco.

p Para o futuro, Lin prevê nanocristais mais complexos com conchas multifuncionais e formas adicionais, incluindo nanobastões e as chamadas nanopartículas de "Janus" que são compostas de geometria bifásica de dois materiais diferentes.