Como as forças gravitacionais responsáveis ​​pela atração entre a Terra e a lua, bem como a dinâmica de todo o sistema solar, existem forças de atração entre objetos em nanoescala.

Estas são as chamadas forças de van der Waals, que são onipresentes por natureza e pensados ​​para desempenhar um papel crucial na determinação da estrutura, estabilidade e função de uma ampla variedade de sistemas nos campos da biologia, química, física e ciência dos materiais.

"Para simplificar, todo sistema molecular e todo material da natureza experimenta essas forças, "disse Robert A. DiStasio Jr., professor assistente de química e biologia química na Faculdade de Artes e Ciências. "Na verdade, estamos descobrindo que sua influência é bastante extensa, e inclui interações proteína-droga, a estabilidade da dupla hélice do DNA, e até mesmo as propriedades peculiares de adesão do pé da lagartixa. "

Quando comparada com a ligação covalente (que envolve o compartilhamento de pares de elétrons entre os átomos), As forças de van der Waals são relativamente fracas e surgem de interações eletrostáticas instantâneas entre as nuvens de elétrons flutuantes que circundam os objetos microscópicos. Contudo, essas forças ainda são de origem mecânica quântica e representam um desafio substancial para a teoria e para o experimento até o momento.

Em um artigo na edição de 11 de março da Ciência , DiStasio e o colaborador Alexandre Tkatchenko, da Universidade de Luxemburgo e do Instituto Fritz Haber, apresentaram uma nova proposta para descrever as forças de van der Waals entre objetos em nanoescala.

De um modo geral, existem duas escolas de pensamento a respeito dessas forças. A descrição predominante das interações de van der Waals entre a maioria dos químicos e biólogos é a imagem de dois dipolos elétricos induzidos, semelhante aos pólos N e S de um ímã, representando as distribuições desiguais de cargas positivas e negativas. A imagem adotada por muitos físicos, Contudo, centra-se no fato de que as flutuações ondulatórias do vácuo são responsáveis ​​pelas interações de van der Waals entre objetos macroscópicos maiores.

Em seu trabalho, DiStasio e Tkatchenko demonstram que essas forças fundamentais entre nanoestruturas também devem ser descritas pelas interações eletrostáticas entre flutuações de densidade de carga semelhantes a ondas (ou deslocalizadas), em vez dos dipolos induzidos acima mencionados semelhantes a partículas (ou locais). Eles acreditam que seu trabalho pode ajudar a preencher a lacuna entre esses dois sistemas de crenças, e ajudar os cientistas a compreender e controlar as interações entre objetos em nanoescala.

"Nosso trabalho está demonstrando que existe uma variedade muito maior de sistemas, como sistemas nanoestruturados, onde você tem que pensar sobre a força de van der Waals em termos de interações entre ondas em vez de interações entre partículas, "Disse Tkatchenko.

Paul McEuen, o professor de Ciências Físicas John A. Newman e diretor do Instituto Kavli em Cornell for Nanoscale Science, vê a pesquisa da dupla como um primeiro passo importante em um longo, jornada complicada para o que McEuen meio que brincando caracterizou como "resolver a biologia".

"Parece um problema chato, mas na verdade é um problema profundamente importante, a forma como as biomoléculas se agrupam e assim por diante, "disse McEuen." É um problema extremamente importante, especialmente para alguem como eu, quem é um nano-cara, mas vai demorar para resolver. "

McEuen está animado com o trabalho, e disse que ele e DiStasio esperam colaborar em pesquisas relacionadas no futuro.

"Este trabalho fornece uma estrutura conceitual, ou linguagem comum, que biólogos, químicos, físicos e cientistas de materiais podem usar para descrever as forças de van der Waals em nanoescala, "DiStasio disse." Ele também fornece uma estrutura computacional para prever com precisão como essas interações onipresentes influenciam as propriedades físicas e químicas da matéria. "