p Cientistas do Laboratório Nacional Brookhaven do Departamento de Energia dos EUA acabam de dar um grande passo em direção ao objetivo de engenharia de nanomateriais dinâmicos, cuja estrutura e propriedades associadas podem ser alternadas sob demanda. Em um jornal publicado em Materiais da Natureza , eles descrevem uma maneira de reorganizar seletivamente as nanopartículas em matrizes tridimensionais para produzir diferentes configurações, ou fases, dos mesmos nano-componentes. p "Um dos objetivos da automontagem de nanopartículas é criar estruturas por design, "disse Oleg Gang, que liderou o trabalho no Centro de Nanomateriais Funcionais de Brookhaven (CFN), um DOE Office of Science User Facility. "Até agora, a maioria das estruturas que construímos são estáticas. Agora estamos tentando atingir um objetivo ainda mais ambicioso:fazer materiais que possam se transformar para que possamos aproveitar as propriedades que surgem com os rearranjos das partículas. "

p A capacidade de direcionar rearranjos de partículas, ou mudanças de fase, permitirá que os cientistas escolham as propriedades desejadas, digamos, a resposta do material à luz ou a um campo magnético - e troque-os conforme necessário. Esses materiais de mudança de fase podem levar a novas aplicações, como coleta de energia dinâmica ou materiais óticos responsivos.

p Reorganização dirigida por DNA

p Este último avanço na engenharia em nanoescala se baseia no trabalho anterior da equipe, desenvolvendo maneiras de fazer com que as nanopartículas se auto-montem em matrizes compostas complexas, incluindo a ligação deles com amarras construídas com fitas complementares de DNA sintético. Nesse caso, eles começaram com uma montagem de nanopartículas já ligadas em uma matriz regular pela ligação complementar do A, T, G, e bases C em cadeias de DNA de fita simples, em seguida, acrescentou "reprogramação" de fitas de DNA para alterar as interações entre as partículas.

p "Sabemos que as propriedades dos materiais construídos a partir de nanopartículas são fortemente dependentes de seus arranjos, "disse Gang." Anteriormente, conseguimos até manipular propriedades ópticas encurtando ou alongando as amarras do DNA. Mas essa abordagem não nos permite alcançar uma reorganização global de toda a estrutura, uma vez que já esteja construída. "

p Na nova abordagem, as fitas de DNA de reprogramação aderem a sítios de ligação abertos nas nanopartículas já montadas. Essas fitas exercem forças adicionais nas nanopartículas ligadas.

p "Ao introduzir diferentes tipos de reprogramação de fitas de DNA, modificamos as cascas de DNA que cercam as nanopartículas, "explicou o colega de pós-doutorado da CFN Yugang Zhang, o autor principal do artigo. "Alterar essas camadas pode mudar seletivamente as interações partícula-partícula, seja aumentando a atração e a repulsão, ou aumentando separadamente apenas a atração ou apenas a repulsão. Essas interações reprogramadas impõem novas restrições às partículas, forçando-os a alcançar uma nova organização estrutural para satisfazer essas restrições. "

p Usando o método deles, a equipe demonstrou que eles podiam trocar sua matriz de nanopartículas original, a fase "mãe", em várias fases filhas diferentes com controle de precisão.

p Isso é bastante diferente das mudanças de fase impulsionadas por condições físicas externas, como pressão ou temperatura, Gang disse, que normalmente resulta em mudanças de fase única, ou às vezes sequenciais. "Nesses casos, ir da fase A para a fase C, você primeiro tem que mudar de A para B e, em seguida, de B para C, "disse Gang." Nosso método nos permite escolher qual fase filha queremos e ir direto para aquela, porque a fase filha é completamente determinada pelo tipo de fitas de reprogramação de DNA que usamos. "

p Os cientistas foram capazes de observar as transformações estruturais em várias fases filhas usando uma técnica chamada espalhamento de raios-x de pequeno ângulo in situ na fonte de luz síncrotron nacional, outro DOE Office of Science User Facility que operou no Brookhaven Lab de 1982 até setembro passado (agora substituído pelo NSLS-II, que produz feixes de raios-x 10, 000 vezes mais brilhante). A equipe também usou modelagem computacional para calcular como diferentes tipos de fitas de reprogramação alterariam as interações entre as partículas, e descobriu que seus cálculos estavam de acordo com suas observações experimentais.

p "A capacidade de alternar dinamicamente a fase de uma matriz de superrede inteira permitirá a criação de materiais reprogramáveis ​​e comutáveis ​​em que múltiplos, diferentes funções podem ser ativadas sob demanda, ", disse Gang." Nosso trabalho experimental e a análise teórica que o acompanha confirmam que a reprogramação de interações mediadas por DNA entre nanopartículas é uma forma viável de atingir esse objetivo. "