p Os cientistas têm feito nanopartículas por mais de duas décadas em folhas bidimensionais, cristais tridimensionais e aglomerados aleatórios. Mas eles nunca foram capazes de fazer uma folha de nanopartículas se curvar ou dobrar em uma estrutura tridimensional complexa. Agora, pesquisadores da Universidade de Chicago, a Universidade de Missouri e o Laboratório Nacional de Argonne do Departamento de Energia dos EUA encontraram uma maneira simples de fazer exatamente isso. p As descobertas abrem caminho para os cientistas projetarem membranas com dispositivos elétricos sintonizáveis, propriedades magnéticas e mecânicas que podem ser usadas em eletrônica e podem até ter implicações para a compreensão de sistemas biológicos.

p Trabalhando no Centro de Materiais em Nanoescala (CNM) e na Fonte Avançada de Fótons (APS), duas instalações do usuário do DOE Office of Science localizadas em Argonne, a equipe conseguiu membranas de nanopartículas de ouro revestidas com moléculas orgânicas que se enrolaram em tubos quando atingidas por um feixe de elétrons. Tão importante quanto, eles descobriram como e por que isso acontece.

p Os cientistas revestem nanopartículas de ouro de alguns milhares de átomos cada uma com uma molécula orgânica semelhante ao óleo que mantém as partículas de ouro juntas. Quando flutuadas na água, as partículas formam uma folha; quando a água evapora, deixa a folha suspensa sobre um orifício. "É quase como uma pele de tambor, "diz Xiao-Min Lin, o cientista da equipe do Center for Nanoscale Materials que liderou o projeto. "Mas é uma membrana muito fina feita de uma única camada de nanopartículas."

p Para sua surpresa, quando os cientistas colocam a membrana no feixe de um microscópio eletrônico de varredura, ele dobrou. Sempre dobrou, e sempre na mesma direção.

p "Isso despertou a nossa curiosidade, "disse Lin." Por que está dobrando em uma direção? "

p A resposta está nas moléculas orgânicas da superfície. Eles são hidrofóbicos:quando flutuam na água, tentam evitar o contato com ela, assim, eles acabam se distribuindo de forma não uniforme nas camadas superior e inferior da folha de nanopartículas. Quando o feixe de elétrons atinge as moléculas na superfície, faz com que elas formem uma ligação adicional com suas vizinhas, criando uma tensão assimétrica que faz com que as membranas se dobrem.

p Zhang Jiang e Jin Wang, Equipe de raios-X do APS, surgiu com uma maneira engenhosa de medir a assimetria molecular, que em apenas seis angstroms, ou cerca de seis átomos de espessura, é tão pequeno que normalmente não seria mensurável.

p Subramanian Sankaranarayanan e Sanket Deshmukh da CNM usaram os recursos de computação de alto desempenho do Centro de Computação Científica de Pesquisa Energética Nacional do DOE e do Argonne Leadership Computing Facility (ALCF), ambos DOE Office of Science User Facilities, para analisar a superfície das nanopartículas. Eles descobriram que a quantidade de superfície coberta pelas moléculas orgânicas e a mobilidade das moléculas na superfície têm uma influência importante no grau de assimetria da membrana.

p "São resultados fascinantes, "disse Fernando Bresme, professor de física química no Imperial College de Londres e um dos principais teóricos da física da matéria mole. "Eles avançam significativamente nossa capacidade de fazer novas nanoestruturas com formas controladas."

p Em princípio, os cientistas poderiam usar este método para induzir o dobramento em qualquer membrana de nanopartículas que tenha uma distribuição assimétrica de moléculas de superfície. Disse Lin, "Você usa um tipo de molécula que odeia água e depende das superfícies da água para fazer com que as moléculas se distribuam de maneira não uniforme, ou você pode usar dois tipos diferentes de moléculas. A chave é que as moléculas têm que se distribuir de maneira não uniforme. "

p O próximo passo para Lin e seus colegas é explorar como eles podem controlar a distribuição molecular na superfície e, portanto, o comportamento de dobramento. Eles imaginam atingir apenas uma pequena parte da estrutura com o feixe de elétrons, projetar as tensões para atingir padrões de dobra específicos.

p "Você pode talvez dobrar essas coisas em estruturas de origami e todos os tipos de geometrias interessantes, "Lin disse." Isso abre as possibilidades. "