As nanofitas de grafeno (GNRs) se dobram e se retorcem facilmente em solução, tornando-os adaptáveis ​​para usos biológicos, como análise de DNA, entrega de drogas e aplicações biomiméticas, de acordo com cientistas da Rice University.

Saber os detalhes de como os GNRs se comportam em uma solução ajudará a torná-los adequados para amplo uso em biomimética, de acordo com o físico de Rice Ching-Hwa Kiang, cujo laboratório empregou seus recursos exclusivos para sondar materiais em nanoescala como células e proteínas em ambientes úmidos. Os materiais biomiméticos são aqueles que imitam as formas e propriedades dos materiais naturais.

A pesquisa liderada pelo recente graduado do Rice Sithara Wijeratne, agora um pesquisador de pós-doutorado na Universidade de Harvard, aparece no jornal Nature Relatórios Científicos .

As nanofitas de grafeno podem ser milhares de vezes mais longas do que largas. Eles podem ser produzidos em massa por "descompactação" química de nanotubos de carbono, um processo inventado pelo químico de Rice e co-autor James Tour e seu laboratório.

Seu tamanho significa que eles podem operar na escala de componentes biológicos, como proteínas e DNA, Disse Kiang. "Estudamos as propriedades mecânicas de todos os diferentes tipos de materiais, de proteínas para células, mas um pouco diferente da forma como as outras pessoas fazem, "disse ela." Gostamos de ver como os materiais se comportam na solução, porque é onde estão as coisas biológicas ”. Kiang é pioneira no desenvolvimento de métodos para sondar os estados de energia das proteínas à medida que elas se dobram e se desdobram.

Ela disse que Tour sugeriu que seu laboratório desse uma olhada nas propriedades mecânicas dos GNRs. "É um pouco mais de trabalho estudar essas coisas em solução em vez de seco, mas essa é a nossa especialidade, " ela disse.

As nanofitas são conhecidas por adicionar resistência, mas não peso, aos compósitos de estado sólido, como quadros de bicicleta e raquetes de tênis, e formar uma matriz eletricamente ativa. Um projeto recente do Rice os infundiu em um revestimento descongelante eficiente para aeronaves.

Mas em um ambiente mais mole, sua capacidade de se conformar às superfícies, transportar corrente e fortalecer compósitos também pode ser valioso.

"Acontece que o grafeno se comporta razoavelmente bem, algo semelhante a outros materiais biológicos. Mas a parte interessante é que ele se comporta de maneira diferente em uma solução do que no ar, "disse ela. Os pesquisadores descobriram que, assim como DNA e proteínas, nanofitas em solução naturalmente formam dobras e laços, mas também pode formar helicoides, rugas e espirais.

Kiang, Wijeratne e Jingqiang Li, um co-autor e aluno do laboratório Kiang, usaram microscopia de força atômica para testar suas propriedades. A microscopia de força atômica pode não apenas coletar imagens de alta resolução, mas também fazer medições de força sensível de nanomateriais puxando-os. Os pesquisadores investigaram GNRs e seus precursores, nanofitas de óxido de grafeno.

Os pesquisadores descobriram que todas as nanofitas tornam-se rígidas sob estresse, mas sua rigidez aumenta à medida que as moléculas de óxido são removidas para transformar nanofitas de óxido de grafeno em GNRs. Eles sugeriram que essa capacidade de ajustar sua rigidez deve ajudar no projeto e na fabricação de interfaces GNR-biomiméticas.

"Materiais de grafeno e óxido de grafeno podem ser funcionalizados (ou modificados) para integração com vários sistemas biológicos, como DNA, proteína e até mesmo células, "Kiang disse." Estes foram realizados em dispositivos biológicos, detecção de biomoléculas e medicina molecular. A sensibilidade dos bio-dispositivos de grafeno pode ser melhorada usando materiais de grafeno estreitos como nanofitas. "

Wijeratne observou que nanofitas de grafeno já estão sendo testadas para uso em sequenciamento de DNA, em que fitas de DNA são puxadas através de um nanoporo em um material eletrificado. Os componentes básicos do DNA afetam o campo elétrico, que pode ser lido para identificar as bases.

Os pesquisadores viram a biocompatibilidade das nanofitas como potencialmente útil para sensores que podem viajar pelo corpo e relatar o que encontram, não muito diferente dos nano-repórteres do laboratório Tour, que recuperam informações de poços de petróleo.

Novos estudos se concentrarão no efeito da largura das nanofitas, que variam de 10 a 100 nanômetros, em suas propriedades.