Um estudante de doutorado em ciência dos materiais na Technische Universitat Darmstadt está fazendo nanotubos multifuncionais de ouro - com a ajuda de vitamina C e outras substâncias inofensivas.
Café, suco de maçã, e vitamina C:coisas que as pessoas ingerem todos os dias são material experimental para a química Eva-Maria Felix. O aluno de doutorado do grupo de pesquisa do professor Wolfgang Ensinger no Departamento de Análise de Materiais está trabalhando na fabricação de nanotubos de ouro. Ela precipita o metal precioso de uma solução aquosa em um filme pré-tratado com muitos canais minúsculos. O metal nas paredes dos canais adota a forma de nanotubos; o filme é então dissolvido. A técnica em si não é nova, mas Felix o modificou:"Os produtos químicos normalmente usados para isso eram tóxicos demais para mim." Ela preferiu não usar cianeto, formaldeído, sais de arsênio e metais pesados. Ela foi inspirada por um artigo de jornal de pesquisadores que conseguiram precipitação de prata usando café.
Felix também usou café em seus primeiros experimentos. Ela então testou o suco de maçã, seguido pela vitamina C. Isso parecia ser o mais adequado para ela, porque "você nunca sabe o que há no café e no suco de maçã." Por outro lado, A vitamina C - ou ácido ascórbico - está disponível na forma pura em lojas de produtos químicos - um requisito para estudos reproduzíveis. Mas o que a vitamina tem a ver com a precipitação do ouro? No corpo humano, a vitamina C torna os radicais livres inofensivos, transferindo elétrons para eles. “A precipitação do ouro funciona de acordo com o mesmo princípio. A única diferença é que a vitamina não absorve radicais, mas sim íons de ouro ", explica Falk Münch, um pesquisador de pós-doutorado e orientador da tese de doutorado de Felix. Os íons de ouro que são dissolvidos no banho de precipitação são transformados em ouro metálico após a absorção de elétrons.
Adicional, produtos químicos inofensivos são necessários para o processo. Mas o procedimento é verde não só por causa das substâncias não tóxicas, mas também porque ocorre em temperatura ambiente e sem fonte de alimentação externa, economizando energia assim. Além disso, ao contrário de outros métodos, nenhum dispositivo caro é necessário. O filme com os nanocanais é meramente colocado no banho de precipitação. "É realmente inacreditável que soluções aquosas e produtos químicos básicos simples possam produzir nanoestruturas tão precisas", diz Münch.
"Verde encontra Nano" é o lema dos pesquisadores da TU. A única coisa que não é verde no procedimento é o filme que é usado como modelo, notas Ensinger. Embora os testes com plásticos de base biológica já estejam na agenda, os filmes ainda consistem em policarbonato também feito ou em tereftalato de polietileno (PET).
Para criar os canais de plástico em miniatura que definem a forma, um filme redondo é bombardeado verticalmente com um feixe de íons. Cada íon deixa um rastro reto no filme que então se torna um pequeno orifício, ou, quando visto através do microscópio:um canal que é então gravado. Seu diâmetro pode ser definido com precisão - até muito menos de 100 nanômetros. Os nanotubos de ouro são, portanto, várias centenas de vezes mais finos do que um fio de cabelo humano. A espessura da parede depende da duração da precipitação e da concentração de ouro da solução original. Depois que o filme é dissolvido, o resultado é - dependendo das condições experimentais - uma coleção de nanotubos individuais ou uma série de centenas de milhares de tubos interconectados.
O ponto crucial da técnica:um acelerador de íons é necessário para gerar um feixe de íons. Os cientistas da TU encontraram o parceiro ideal para suas pesquisas no Centro de Pesquisa de Íons Pesados GSI Helmholtz nos arredores de Darmstadt; mas o acelerador de grande escala do GSI não era adequado para uso comercial subsequente por razões financeiras. Os cientistas da TU já estão procurando alternativas. Por exemplo, uma empresa nos EUA produz filmes perfurados de forma semelhante com aceleradores menores. “Os filmes não são tão bem definidos quanto os nossos, mas também são adequados ", diz Münch. Além disso, eles são baratos:um filme aproximadamente do tamanho de uma folha de papel custa apenas alguns euros. Ensinger diz que o preço do ouro não é um fator porque os valores que são necessários são pequenos:"Com 1 grama de ouro, poderíamos fazer um nanotubo para literalmente cada pessoa na Terra. "Embora um único tubo não seja útil para ninguém, não é necessário muito material para microssensores, reatores de fluxo em miniatura, ou outras aplicações potenciais.
A equipe de Ensinger já testou com sucesso um uso dos nanotubos de ouro:eles são adequados para a construção de sensores para medir o peróxido de hidrogênio. Este produto químico danifica as células nervosas e aparentemente desempenha um papel em doenças neurodegenerativas como Alzheimer e Parkinson. Um microssensor capaz de medir o peróxido de hidrogênio no corpo humano seria, portanto, prático tanto em pesquisas médicas quanto em diagnósticos. A conversão de peróxido de hidrogênio em água, catalisada pelos elétrons liberados pelo ouro, gera uma corrente elétrica facilmente mensurável. Os nanotubos de ouro conduzem eletricidade especialmente bem devido à sua estrutura unidimensional. Além disso, eles são relativamente longos e, portanto, mais duráveis do que as nanopartículas normais.
"Nano encontra a vida" é o segundo lema dos pesquisadores da TU Materials Science. Por exemplo, eles estão pensando em usar também os nanotubos para medir o açúcar no sangue. “Um sensor subcutâneo pode evitar que pacientes com diabetes tenham que picar constantemente os dedos”, pensa Ensinger. O método verde de produção também tem vantagens aqui, porque os componentes de tais implantes devem ser produzidos com o mínimo possível de produtos químicos tóxicos. "Isso completa o círculo", diz o professor da TU, combinando os dois lemas:"Verde encontra Nano encontra Vida".
