p Células animais e vegetais são exemplos proeminentes de como a natureza constrói unidades cada vez maiores em um alvo, forma pré-programada usando moléculas como blocos de construção. Em nanotecnologia, os cientistas imitam essa técnica 'de baixo para cima' usando a capacidade de nanomateriais adequadamente estruturados para 'automontar' em arquiteturas de ordem superior. Aplicando este conceito, cientistas de polímeros de Bayreuth, Aachen, Jena, Mainz, e Helsinque publicou recentemente um artigo na prestigiosa revista Natureza que descreve um novo princípio para a automontagem de nanopartículas padronizadas. Este princípio pode ter implicações importantes para a compreensão fundamental de tais processos, bem como de tecnologias futuras. p A equipe de pesquisa é chefiada pelo Professor Axel Müller, que foi titular da cátedra de Química Macromolecular II da Universidade de Bayreuth até sua aposentadoria em 2012; ele agora é um Fellow do Gutenberg Research College na Mainz University. Os outros membros da equipe são o Dr. André Gröschel (anteriormente na Universidade de Bayreuth, agora Aalto University Helsinki), Tina Löbling e Dr. Holger Schmalz (Universidade de Bayreuth), Dr. Andreas Walther (Centro de Pesquisa de Materiais Interativos da Universidade de Aachen), e o Professor Júnior Dr. Felix Schacher (Friedrich Schiller University Jena). A pesquisa foi conduzida na Universidade de Bayreuth e financiada pela Fundação Alemã de Pesquisa (DFG) dentro do Centro de Pesquisa Colaborativa 840 "From Particulate Nano-Systems to Mesotechnology".

p O processo de automontagem descrito em Natureza começa com macromoléculas em cadeia com um tamanho na faixa de 10 a 20 nanômetros. Na quimica, tais macromoléculas são chamadas terpolímeros tribloco. Eles são compostos por três seções lineares (blocos) conectadas umas às outras em sequência. Eles são gerados usando um processo sintético especial, ou seja, a chamada "polimerização viva, "e estão prontamente disponíveis para os pesquisadores. A equipe de pesquisa foi capaz de guiar as macromoléculas tribloco em nanopartículas moles com um diâmetro de aproximadamente 50 nanômetros. A escolha dos solventes desempenhou um papel fundamental neste processo de automontagem macromolecular. Os solventes foram selecionados com precisão e usado de modo que a solubilidade variável dos três blocos e a incompatibilidade dos polímeros uns com os outros contribuam significativamente para a qualidade da estrutura interna desejada das nanopartículas.

p Os cientistas aplicaram essa técnica a dois tipos de terpolímeros tribloco. Estes diferiram no que diz respeito às propriedades químicas dos blocos do meio. As sequências de bloco das macromoléculas foram A-B-C e A-D-C, respectivamente. O primeiro resulta em nanopartículas com um único local de ligação e tende a formar aglomerados esféricos, enquanto o último cria nanopartículas com dois locais de ligação e, portanto, tende a formar superestruturas lineares. Mais importante, em ambos os casos, a estrutura das nanopartículas é pré-programada pela estrutura química da macromolécula fonte, da mesma forma que a estrutura de uma proteína é determinada por sua sequência de aminoácidos.

p Contudo, o processo de automontagem não termina com as nanopartículas. Se as nanopartículas formadas por cada tipo de macromolécula fossem deixadas por conta própria, superestruturas esféricas resultariam, por um lado, e superestruturas lineares, por outro. A equipe de Müller desenvolveu e implementou uma abordagem diferente. As nanopartículas com um e dois sítios de ligação são misturadas de modo que se agregam em uma superestrutura completamente nova em um processo de co-montagem. Na superestrutura final, as nanopartículas originadas das moléculas A-B-C e as nanopartículas formadas pelas moléculas A-D-C se alternam em um padrão precisamente definido.

p Quando visto em um microscópio eletrônico de transmissão, a nova superestrutura tem uma forte semelhança com uma larva de lagarta, porque também consiste em uma série de claramente separadas, seções ordenadas regularmente. A equipe de pesquisa de Müller cunhou o termo "micelas de lagarta" para essas superestruturas co-montadas.

p Os resultados da pesquisa publicados recentemente em Natureza representam um avanço no campo da estruturação hierárquica e da nanoengenharia, pois permitem a criação de novos materiais por meio da automontagem de partículas pré-programadas. Isso pode ser uma virada de jogo, porque até agora apenas procedimentos de cima para baixo, ou seja, extrair uma microestrutura de um complexo maior, são processos de estruturação amplamente aceitos. "As limitações desta técnica se tornarão muito aparentes em um futuro próximo, "explicou Müller." Só raramente é possível gerar estruturas complexas na faixa nanométrica. "

p Contudo, um princípio ascendente de automontagem baseado no que é empregado na natureza pode representar o melhor caminho a seguir. Um fator que torna isso particularmente atraente é o grande número de macromoléculas, que estão prontamente disponíveis como blocos de construção. Eles podem ser usados ​​para incorporar propriedades específicas nas superestruturas resultantes, como a sensibilidade a estímulos ambientais (por exemplo, temperatura, luz, campos elétricos e magnéticos, etc.) ou permitir que sejam ligados e desligados à vontade. As aplicações possíveis incluem a nanolitografia e a administração de medicamentos nos quais o tempo e o local de liberação das substâncias ativas podem ser pré-programados. Aqui, a semelhança com os princípios estruturais das células animais e vegetais torna-se aparente novamente, onde várias propriedades são compartimentadas em áreas de espaço limitado.

p As macromoléculas que carregam diversos segmentos funcionais podem ser centenas de vezes menores do que um micrômetro. As superestruturas que tais macromoléculas produzem têm correspondentemente alta resolução. "Tecnologias do futuro - como células artificiais feitas sob medida, transistores, ou componentes para micro / nano-robótica - podem se beneficiar significativamente desta estrutura particularmente delicada, "explicou Müller." Os resultados da pesquisa que publicamos em Natureza ainda não tem nenhum aplicativo imediato do mundo real. No entanto, melhor entenderemos os processos de baixo para cima, começando com moléculas na faixa nanométrica e passando para os níveis hierárquicos mais elevados na faixa micrométrica, as tecnologias futuras mais prováveis ​​estarão ao nosso alcance. "As micelas de lagarta não são de forma alguma as únicas superestruturas que podem ser produzidas com as nanopartículas de automontagem." Essas nanopartículas moles podem ser combinadas com nano e micropartículas inorgânicas ou biológicas para criar materiais anteriormente desconhecidos com funções específicas. O número de combinações possíveis é praticamente infinito, "concluiu Müller.