p (Phys.org) —O desenvolvimento de um 'nanobarrel' que captura e concentra a luz em moléculas individuais pode ser usado como um teste de diagnóstico confiável e de baixo custo. p Jeremy Baumberg e sua equipe de 30 pesquisadores são mestres na manipulação da luz. Eles são especialistas em nanofotônica - o controle de como a luz interage com pequenos pedaços de matéria, em escalas tão pequenas quanto um bilionésimo de um metro. É um campo da física que há 20 anos era desconhecido.

p No cerne da nanofotônica está a ideia de que mudar a estrutura dos materiais na escala de alguns átomos pode ser usado para alterar não apenas a maneira como a luz interage com o material, mas também suas propriedades funcionais.

p "O objetivo é projetar materiais com arquitetura realmente intrincada em uma escala muito pequena, tão pequeno que é menor que o comprimento de onda da luz, "disse Baumberg, Professor de Nanofotônica no Departamento de Física. "Quer o material de partida seja poliestireno ou ouro, mudar a forma de sua nanoestrutura pode nos dar um controle extraordinário sobre como a energia da luz é absorvida pelos elétrons presos em seu interior. Estamos aprendendo como usar isso para desenvolver novas funcionalidades. "

p Uma de suas conquistas recentes é desenvolver materiais sintéticos que imitam algumas das cores mais marcantes da natureza, entre eles, o tom iridescente das opalas. Opalas de ocorrência natural são formadas

p 'Opalas de polímero', Contudo, são de plástico - como o poliestireno em copos - e se formam em questão de minutos. Com alguma química inteligente, os pesquisadores descobriram uma maneira de fazer esferas de poliestireno revestidas com uma camada externa macia, semelhante a uma goma de mascar.

p À medida que essas opalas de polímero são torcidas e esticadas, cores azul-esverdeadas "metálicas" ondulam em sua superfície. A sua flexibilidade e a permanência da sua cor intensa tornam-nos materiais ideais para cartões de segurança e notas ou para substituir tintas tóxicas na indústria têxtil.

p "O crucial é que, ao montar as coisas da maneira certa, você obtém a função que deseja, "disse Baumberg, que desenvolveu as opalas de polímero com colaboradores na Alemanha (no DKI, agora Instituto Fraunhofer para Durabilidade Estrutural e Confiabilidade do Sistema). "Se as esferas forem aleatórias, o material parece branco ou incolor, mas se empilhados perfeitamente regularmente, você obtém cor. Descobrimos que espalhar as esferas umas contra as outras faz com que caiam em linhas regulares e, por causa da camada de goma de mascar, quando você estica, a cor também muda.

p "É um bom exemplo de nanotecnologia - pegamos um material transparente, nós cortamos da forma certa, nós o empilhamos da maneira certa e obtemos uma função completamente nova. "

p Embora a nanofotônica seja uma área comparativamente nova de pesquisa de materiais, Baumberg acredita que dentro de duas décadas começaremos a ver materiais nanofotônicos em qualquer coisa, desde têxteis inteligentes a edifícios e corantes alimentares a células solares.

p Agora, uma das últimas descobertas da equipe parece pronta para abrir aplicativos em diagnósticos médicos.

p "Estamos começando a aprender como podemos fazer materiais que respondem opticamente à presença de moléculas individuais em fluidos biológicos, "ele explicou." Há uma grande demanda para isso. Os GPs gostariam de poder testar o paciente enquanto eles esperam, em vez de enviar amostras para testes clínicos. E testes baratos e confiáveis ​​beneficiariam os países em desenvolvimento que carecem de equipamentos diagnósticos caros. "

p Uma técnica comumente usada em diagnósticos médicos é a espectroscopia Raman, que detecta a presença de uma molécula por sua 'assinatura óptica'. Ele mede como a luz é alterada quando ela reflete em uma molécula, que por sua vez depende das ligações dentro da molécula. Contudo, as máquinas precisam ser muito potentes para detectar o que podem ser efeitos bastante fracos.

p Baumberg tem trabalhado com o Dr. Oren Scherman, Diretor do Laboratório de Melville para Síntese de Polímeros no Departamento de Química, em uma maneira completamente nova de detectar moléculas que desenvolveram usando um recipiente molecular em forma de barril chamado cucurbituril (CB). Agindo como um minúsculo tubo de ensaio, CB permite que moléculas individuais entrem em sua forma de barril, efetivamente isolando-os de uma mistura de moléculas.

p Em colaboração com pesquisadores da Espanha e França, e com financiamento da União Europeia, Baumberg e Scherman descobriram uma maneira de detectar o que está em cada barril usando luz, combinando os barris com partículas de ouro com apenas alguns milhares de átomos de diâmetro.

p "Brilhar a luz sobre esta mistura de barril de ouro concentra e aumenta as ondas de luz em pequenos volumes de espaço exatamente onde as moléculas estão localizadas, "Baumberg explicou." Olhando para as cores da luz dispersa, podemos descobrir quais moléculas estão presentes e o que estão fazendo, e com sensibilidade muito alta. "

p Considerando que a maioria dos equipamentos de detecção requer condições precisas que só podem ser realmente alcançadas em laboratório, esta nova tecnologia tem o potencial de ser de baixo custo, sensor confiável e rápido para mercados de massa. A quantidade de ouro necessária para o teste é extremamente pequena, e as partículas de ouro se auto-montam com CB em temperatura ambiente.

p Agora, com financiamento do Conselho de Pesquisa de Engenharia e Ciências Físicas, e trabalhar com empresas e usuários finais em potencial (incluindo o NHS), Baumberg e Scherman iniciaram o processo de desenvolvimento de seus 'sensores plasmônicos' para testar fluidos biológicos, como urina e lágrimas, para usos como detecção de neurotransmissores no cérebro e incompatibilidades de proteínas entre a mãe e o feto.

p "Ao mesmo tempo, queremos entender como podemos ir mais longe com a tecnologia, de controlar as reações químicas que acontecem dentro do barril, para fazer com que as moléculas capturadas dentro de "flexionem" a si mesmas, e detectar cada uma dessas modificações por meio da mudança de cor, "acrescentou Baumberg.

p "A capacidade de olhar para um pequeno número de moléculas em um mar de outras atrai os cientistas há anos. Em breve, seremos capazes de fazer isso em uma escala sem precedentes:observando em tempo real como as moléculas se juntam e passam por reações químicas, e até mesmo como eles formam um vínculo. Isso tem enormes implicações para otimizar a catálise em processos industrialmente relevantes e, portanto, está no centro de quase todos os produtos em nossas vidas. "

p Baumberg vê a tecnologia nanofotônica como uma caixa de ferramentas totalmente nova. "A emoção para mim é o desafio de quão difícil é a tarefa combinada com o fato de que você pode ver que, se você pudesse fazer isso, você pode obter coisas que são incríveis.

p “No momento, somos capazes de montar novas estruturas com diferentes propriedades ópticas de uma forma altamente controlada. no entanto, seremos capazes de construir coisas com a própria luz. "