p O poder de descoberta do chip genético está chegando à nanotecnologia. Uma equipe de pesquisa da Northwestern University está desenvolvendo uma ferramenta para testar rapidamente milhões e talvez até bilhões ou mais de nanopartículas diferentes de uma só vez para encontrar a melhor partícula para um uso específico. p Quando os materiais são miniaturizados, suas propriedades - ópticas, estrutural, elétrico, mecânica e química - mudança, oferecendo novas possibilidades. Mas determinar qual tamanho e composição de nanopartículas são melhores para uma determinada aplicação, como catalisadores, rótulos de biodiagnóstico, produtos farmacêuticos e dispositivos eletrônicos, é uma tarefa difícil.

p "Como cientistas, apenas começamos a investigar quais materiais podem ser feitos em nanoescala, "disse Chad A. Mirkin da Northwestern, líder mundial em pesquisa em nanotecnologia e sua aplicação, quem conduziu o estudo. "Rastreando um milhão de nanopartículas potencialmente úteis, por exemplo, pode levar várias vidas. Uma vez otimizado, nossa ferramenta permitirá que os pesquisadores escolham o vencedor muito mais rápido do que os métodos convencionais. Temos a ferramenta de descoberta definitiva. "

p Usando uma técnica do Noroeste que deposita materiais em uma superfície, Mirkin e sua equipe descobriram como fazer bibliotecas combinatórias de nanopartículas de uma forma muito controlada. (Uma biblioteca combinatória é uma coleção de estruturas sistematicamente variadas codificadas em locais específicos em uma superfície.) Seu estudo será publicado em 24 de junho pela revista Ciência .

p As bibliotecas de nanopartículas são muito parecidas com um chip de gene, Mirkin diz, onde milhares de pontos diferentes de DNA são usados ​​para identificar a presença de uma doença ou toxina. Milhares de reações podem ser feitas simultaneamente, fornecendo resultados em apenas algumas horas. De forma similar, As bibliotecas de Mirkin e de sua equipe permitirão aos cientistas produzir e examinar rapidamente milhões a bilhões de nanopartículas de diferentes composições e tamanhos para propriedades físicas e químicas desejáveis.

p "A capacidade de fazer bibliotecas de nanopartículas abrirá um novo campo da nanocombinatória, onde o tamanho - em uma escala que importa - e a composição se tornam parâmetros ajustáveis, "Mirkin disse." Esta é uma abordagem poderosa para a descoberta da ciência. "

p Mirkin é o professor de química George B. Rathmann no Weinberg College of Arts and Sciences e diretor fundador do Instituto Internacional de Nanotecnologia da Northwestern.

p "Eu comparo nossa abordagem de nanopadronização combinatória a fornecer uma ampla paleta de cores ousadas a um artista que anteriormente trabalhou com um punhado de preto opaco e pálido, tons pastéis brancos e cinza, "disse o co-autor Vinayak P. Dravid, o Professor Abraham Harris de Ciência e Engenharia de Materiais na Escola de Engenharia McCormick.

p Usando cinco elementos metálicos - ouro, prata, cobalto, cobre e níquel - Mirkin e sua equipe desenvolveram uma série de estruturas exclusivas, variando cada combinação elementar. Em trabalhos anteriores, os pesquisadores mostraram que o diâmetro das partículas também pode ser variado deliberadamente na escala de comprimento de 1 a 100 nanômetros.

p Algumas das composições podem ser encontradas na natureza, mas mais da metade deles nunca existiu antes na Terra. E quando retratado usando técnicas de imagem de alta potência, as nanopartículas aparecem como uma série de ovos de Páscoa coloridos, cada elemento de composição contribuindo para a paleta.

p Para construir as bibliotecas combinatórias, Mirkin e sua equipe usaram a nanolitografia Dip-Pen, uma técnica desenvolvida na Northwestern em 1999, para depositar em uma superfície de polímero individual "pontos, "cada um carregado com diferentes sais de metal de interesse. Os pesquisadores então aqueceram os pontos de polímero, reduzindo os sais a átomos de metal e formando uma única nanopartícula. O tamanho do ponto do polímero pode ser variado para alterar o tamanho da nanopartícula final.

p Este controle do tamanho e da composição das nanopartículas é muito importante, Mirkin estressado. Tendo demonstrado controle, os pesquisadores usaram a ferramenta para gerar sistematicamente uma biblioteca de 31 nanoestruturas usando os cinco metais diferentes.

p Para ajudar a analisar as composições elementares complexas e o tamanho / forma das nanopartículas até a escala sub-nanométrica, a equipe se voltou para Dravid, Amigo e colaborador de longa data de Mirkin. Dravid, diretor fundador do NUANCE Center da Northwestern, contribuiu com sua experiência e os microscópios eletrônicos avançados de NUANCE para mapear espacialmente as trajetórias composicionais das nanopartículas combinatórias.

p Agora, os cientistas podem começar a estudar essas nanopartículas, bem como construir outras bibliotecas combinatórias úteis consistindo em bilhões de estruturas que diferem sutilmente em tamanho e composição. Essas estruturas podem se tornar os próximos materiais que alimentam as células de combustível, coletar energia solar de forma eficiente e convertê-la em combustíveis úteis, e catalisar reações que pegam matérias-primas de baixo valor da indústria do petróleo e as transformam em produtos de alto valor úteis nas indústrias química e farmacêutica.