Nanocubos são tudo menos brincadeira de criança. Os cientistas do Instituto Weizmann os usaram para criar fios surpreendentemente parecidos com fios:eles mostraram que, dadas as condições certas, nanopartículas em forma de cubo são capazes de se alinhar em estruturas helicoidais sinuosas. Seus resultados, que revelam como os nanomateriais podem se automontar em estruturas inesperadamente belas e complexas, foram publicados recentemente em Ciência .

O Dr. Rafal Klajn e o pós-doutorado Dr. Gurvinder Singh do Departamento de Química Orgânica do Instituto usaram nanocubos de um material de óxido de ferro chamado magnetita. Como o nome implica, este material é naturalmente magnético:pode ser encontrado em todos os lugares, incluindo bactérias internas que o usam para detectar o campo magnético da Terra.

O magnetismo é apenas uma das forças que atuam nas nanopartículas. Juntamente com o grupo de pesquisa do Prof. Petr Král da University of Illinois, Chicago, Klajn e Singh desenvolveram modelos teóricos para entender como as várias forças poderiam empurrar e puxar os pequenos pedaços de magnetita em diferentes formações. "Diferentes tipos de forças obrigam as nanopartículas a se alinharem de maneiras diferentes, "diz Klajn." Estes podem competir uns com os outros; então a ideia é encontrar o equilíbrio das forças concorrentes que podem induzir a automontagem das partículas em novos materiais. "Os modelos sugeriram que a forma das nanopartículas é importante - apenas cubos forneceriam um equilíbrio adequado de forças necessárias para puxar juntos em formações helicoidais.

Os pesquisadores descobriram que as duas principais forças concorrentes são o magnetismo e a força de van der Waals. O magnetismo faz com que as partículas magnéticas se atraiam e se repelam, fazendo com que as partículas cúbicas se alinhem em seus cantos. Forças de Van der Waals, por outro lado, puxe as laterais dos cubos para mais perto, persuadindo-os a se alinharem. Quando essas forças agem juntas nos cubos minúsculos, o resultado é o alinhamento em degrau que produz estruturas helicoidais.

Em seus experimentos, os cientistas expuseram concentrações relativamente altas de nanocubos de magnetita colocados em uma solução para um campo magnético. O longo, as cadeias helicoidais em forma de corda que obtiveram após a evaporação da solução eram surpreendentemente uniformes. Eles repetiram o experimento com nanopartículas de outras formas, mas, como previsto, apenas cubos tinham a forma física certa para se alinhar em uma hélice. Klajn e Singh também descobriram que podiam obter fios quirais - todos enrolados na mesma direção - com concentrações de partículas muito altas, nas quais vários fios se agrupavam. Aparentemente, as forças concorrentes podem "levar em consideração" a maneira mais eficiente de embalar os fios no espaço.

Embora os fios do nanocubo pareçam bons o suficiente para tricotar, Klajn diz que é muito cedo para começar a pensar em aplicações comerciais. O valor imediato do trabalho, ele diz, é que ele provou ser um princípio fundamental da automontagem em nanoescala. "Embora a magnetita tenha sido bem estudada - também sua forma de nanopartículas - por muitas décadas, ninguém observou essas estruturas antes, "diz Klajn." Somente depois de entendermos como as várias forças físicas agem sobre as nanopartículas, podemos começar a aplicar os insights a objetivos como a fabricação de coisas previamente desconhecidas, materiais auto-montados. "