Imagine uma torre se construindo na estrutura desejada apenas escolhendo os tijolos apropriados. Absurdo - e no entanto, no mundo nano, isso é realidade:lá, uma multidão desordenada de componentes pode iniciar a formação de uma estrutura ordenada - um processo conhecido como automontagem. Os físicos Christos Likos (Universidade de Viena), Emanuela Bianchi e Gerhard Kahl (ambos da Universidade de Tecnologia de Viena) investigam como podem controlar a ordem de tais estruturas de automontagem e descobrem como ligar e desligar o processo de montagem. Os resultados agora são publicados na revista de alto impacto Nano Letras .

Materiais com propriedades específicas em nível de nano e microescala são muito procurados devido ao amplo espectro de aplicações em eletrônica, fotovoltaica e síntese de materiais biomiméticos. Para muitos desses aplicativos, estruturas cristalinas mesoscópicas são frequentemente necessárias e, portanto, os cientistas têm que lidar com o desafio de desenvolver sistemas confiáveis, métodos eficientes e baratos para produzir estruturas alvo com simetrias e propriedades físicas específicas. Hoje em dia, em vez de depender de ferramentas controladas externamente, a maioria dos métodos de fabricação é baseada na automontagem de unidades de base cuidadosamente escolhidas / sintetizadas. A contrapartida macroscópica corresponderia à construção de uma torre ou ponte apenas escolhendo os tijolos apropriados e deixando-os se auto-organizarem na estrutura desejada.

No vasto reino dos materiais funcionais em nano e microescala, a realização de montagens mono e bi-camada em superfícies é de extrema relevância. Os sistemas de baixa dimensão com características bem definidas têm, de fato, aplicações como, por exemplo, revestimentos anti-reflexo, biossensores, armazenamento de dados, dispositivos ópticos e fotovoltaicos, ou catalisadores. As propriedades desses materiais dependem fortemente de um equilíbrio delicado entre as propriedades das unidades de montagem e as da superfície subjacente.

Em nossa contribuição, focamos em nanounidades com um padrão de superfície complicado, consistindo em regiões com diferentes cargas de superfície. As unidades investigadas são principalmente carregadas negativamente, com exceção das regiões polares carregadas positivamente na parte superior e na parte inferior das partículas. Unidades carregadas não homogeneamente semelhantes aparecem em biossistemas, por exemplo. capsídeos virais e proteínas, ou em sistemas sintetizados experimentalmente, por exemplo. nanopartículas semelhantes a vírus, vesículas manchadas e nanocubos cobertos com metais específicos.

No próximo artigo, focamos na automontagem das partículas com carga heterogênea descritas na vizinhança de um substrato com carga homogênea. Nossas simulações de computador mostraram como estruturas complexas em nanoescala podem surgir espontaneamente e como é possível controlar de forma confiável a ordenação das partículas em níveis específicos, agregados quase bidimensionais. Dependendo de diferentes parâmetros, como a carga da partícula / parede e a extensão das regiões carregadas na superfície da partícula, nossas unidades podem formar camadas superficiais com diferentes densidades (e possivelmente diferentes respostas a estímulos externos):às vezes, as partículas se agrupam em compactas, agregados cristalinos hexagonalmente ordenados, às vezes eles se formam abertos, camadas quadradas, às vezes eles nem se montam. Nosso trabalho foi capaz de investigar a variedade de estruturas automontadas oferecidas pelos tijolos escolhidos e caracterizar os comportamentos coletivos específicos que ocorrem na sintonia dos parâmetros relevantes desses sistemas. Além disso, e o mais importante, mostramos que, mediante mudanças sutis do pH da solução ou da carga elétrica do substrato, é possível ligar e desligar reversivelmente o processo de montagem, bem como induzir uma transformação de um arranjo espacial / orientacional específico para outro.