p Nosso mundo está cheio de padrões, da torção de uma molécula de DNA à espiral da Via Láctea. Uma nova pesquisa de químicos da Carnegie Mellon revelou que, nanopartículas de ouro sintéticas exibem alguns dos padrões mais intrincados da natureza. p Desvendar o caleidoscópio desses padrões foi uma tarefa hercúlea, e é a primeira vez que uma nanopartícula desse tamanho foi cristalizada e sua estrutura mapeada átomo por átomo. Os pesquisadores relatam seu trabalho na edição de 20 de março da Avanços da Ciência .

p "Conforme você pensa amplamente sobre diferentes áreas de pesquisa ou até mesmo sobre nossa vida cotidiana, esses tipos de padrões, esses padrões hierárquicos, são universais, "disse Rongchao Jin, professor associado de química. "Nosso universo é realmente lindo e quando você vê esse tipo de informação em algo tão pequeno quanto uma nanopartícula de 133 átomos e tão grande quanto a Via Láctea, É realmente incrível."

p Nanopartículas de ouro, que pode variar em tamanho de 1 a 100 nanômetros, são uma tecnologia promissora que tem aplicações em uma ampla gama de campos, incluindo catálise, eletrônicos, ciência dos materiais e cuidados com a saúde. Mas, a fim de usar nanopartículas de ouro em aplicações práticas, os cientistas devem primeiro entender a estrutura das partículas minúsculas.

p "A estrutura determina essencialmente as propriedades da partícula, então, sem conhecer a estrutura, você não seria capaz de entender as propriedades e não seria capaz de funcionalizá-las para aplicativos específicos, "disse Jin, um especialista na criação de nanopartículas de ouro atomicamente precisas.

p Com esta última pesquisa, Jin e seus colegas, incluindo o estudante de graduação Chenjie Zeng, resolveram a estrutura de uma nanopartícula, Au133, composto de 133 átomos de ouro e 52 moléculas de proteção de superfície - a maior estrutura de nanopartículas já resolvida com cristalografia de raios-X. Embora a microscopia possa revelar o tamanho, forma e a estrutura atômica das nanopartículas, não consegue discernir a estrutura da superfície. A cristalografia de raios-X pode, mapeando a posição de cada átomo na superfície das nanopartículas e mostrando como eles se ligam ao núcleo de ouro. Conhecer a estrutura da superfície é a chave para usar as nanopartículas para aplicações práticas, como catálise, e para descobrir a ciência fundamental, como a base da estabilidade da partícula.

p A estrutura cristalina da nanopartícula de Au133 divulgou muitos segredos.

p "Com cristalografia de raios-X, pudemos ver padrões muito bonitos, o que foi uma descoberta muito emocionante. Esses padrões só aparecem quando o tamanho das nanopartículas se torna grande o suficiente, "Jin disse.

p Durante a produção, as partículas de Au133 se auto-montam em três camadas dentro de cada partícula:o núcleo de ouro, as moléculas de superfície que o protegem e a interface entre os dois. Na estrutura cristalina, Zeng descobriu que o núcleo de ouro tem a forma de um icosaedro. Na interface entre o núcleo e as moléculas protetoras de superfície, há uma camada de átomos de enxofre que se liga aos átomos de ouro. As combinações enxofre-ouro-enxofre se acumulam em estruturas helicoidais semelhantes a escada. Finalmente, ligada às moléculas de enxofre está uma camada externa de moléculas protetoras de superfície cujas caudas de carbono se auto-montam em redemoinhos quádruplos.

p "As características helicoidais nos lembram de uma dupla hélice de DNA e o arranjo giratório das caudas de carbono é uma reminiscência da forma como nossa galáxia está organizada. É realmente incrível, "Jin disse.

p Esses padrões particulares são responsáveis ​​pela alta estabilidade do Au133 em comparação com outros tamanhos de nanopartículas de ouro. Os pesquisadores também testaram as propriedades ópticas e eletrônicas do Au133 e descobriram que essas nanopartículas de ouro não são metálicas. Normalmente, ouro é um dos melhores condutores de corrente elétrica, mas o tamanho do Au133 é tão pequeno que a partícula ainda não se tornou metálica. O grupo de Jin está testando as nanopartículas para uso como catalisadores, substâncias que podem aumentar a taxa de uma reação química.