p Os cientistas de materiais desenvolveram uma nova estratégia para criar nanobastões unidimensionais a partir de uma ampla gama de materiais precursores. Com base em um backbone de celulose, o sistema depende do crescimento de "braços" de copolímero em bloco que ajudam a criar um compartimento para servir como um reator químico em escala nanométrica. Os blocos externos dos braços evitam a agregação dos nanobastões. p As estruturas produzidas se assemelham a minúsculos pincéis de garrafa com "fios de cabelo" de polímero na superfície do nanorod. Os nanobastões variam em tamanho de algumas centenas de nanômetros a alguns micrômetros de comprimento, e algumas dezenas de nanômetros de diâmetro. Esta nova técnica permite um controle rígido sobre o diâmetro, comprimento e propriedades de superfície dos nanobastões, cuja óptica, elétrico, As propriedades magnéticas e catalíticas dependem dos materiais precursores usados ​​e das dimensões dos nanobastões.

p Os nanobastões podem ter aplicações em áreas como eletrônica, dispositivos sensoriais, conversão e armazenamento de energia, entrega de drogas, e tratamento do câncer. Usando sua técnica, os pesquisadores até agora fabricaram uniformes metálicos, ferroelétrico, upconversion, nanocristais semicondutores e termoelétricos, bem como suas combinações. A pesquisa, apoiado pelo Escritório de Pesquisa Científica da Força Aérea, foi relatado na edição de 16 de setembro da revista Ciência .

p "Desenvolvemos uma estratégia muito geral e robusta para criar uma rica variedade de nanobastões com dimensões precisamente controladas, composições, arquiteturas e químicas de superfície, "disse Zhiqun Lin, professor da Escola de Ciência e Engenharia de Materiais do Instituto de Tecnologia da Geórgia. “Para criar essas estruturas, usamos copolímeros em bloco não lineares semelhantes a escovas de garrafa como reatores minúsculos para modelar o crescimento de uma variedade excitante de nanobastões inorgânicos. "

p Estruturas de nanorods não são novas, mas a técnica usada pelo laboratório de Lin produz nanobastões de tamanhos uniformes - como titanato de bário e óxido de ferro, que ainda não foram demonstrados por meio de abordagens de química úmida na literatura - e nanobastões de núcleo-casca altamente uniformes feitos pela combinação de dois materiais diferentes. Lin e o ex-associado de pesquisa de pós-doutorado Xinchang Pang dizem que os materiais precursores aplicáveis ​​à técnica são virtualmente ilimitados.

p "Existem muitos precursores de diferentes materiais disponíveis que podem ser usados ​​com este sistema robusto, "Lin disse." Ao escolher um bloco externo diferente nos copolímeros em bloco semelhantes a escovas de garrafa, nossos nanobastões podem ser dissolvidos e uniformemente dispersos em solventes orgânicos, como tolueno ou clorofórmio, ou na água. "

p A fabricação dos nanobastões começa com a funcionalização de comprimentos individuais de celulose, um biopolímero barato de cadeia longa extraído de árvores. Cada unidade de celulose possui três grupos hidroxila, que são quimicamente modificados com um átomo de bromo. A celulose bromada então serve como macroiniciador para o crescimento dos braços de copolímero em bloco com comprimentos bem controlados usando o processo de polimerização por radical de transferência de átomo (ATRP), com, por exemplo, poli (ácido acrílico) -bloco-poliestireno (PAA-b-PS) produzindo celulose densamente enxertada com PAA-b-PS (isto é, celulose-g- [PAA-b-PS]) que dão a aparência de pincel para garrafas.

p A próxima etapa envolve a partição preferencial de precursores no compartimento PAA interno que serve como um nanorreator para iniciar a nucleação e crescimento de nanobastões. Os braços de copolímero em bloco densamente enxertados, junto com a estrutura de celulose rígida, dar aos pesquisadores a capacidade de não apenas evitar a agregação dos nanobastões resultantes, mas também para evitar que dobrem.

p "Os polímeros são como espaguete comprido e querem se enrolar, "Lin explicou." Mas eles não podem fazer isso nas macromoléculas complexas que fazemos porque com tantos braços de copolímero em bloco formados, não há espaço. Isso leva ao alongamento dos braços, formando uma estrutura muito rígida. "

p Variando a química e o número de blocos nos braços dos copolímeros em bloco semelhantes a escovas de garrafa, Lin e seus colegas de trabalho produziram uma série de nanobastões simples solúveis em óleo e solúveis em água, nanobastões core-shell, e nanobastões ocos - nanotubos - de diferentes dimensões e composições.

p Por exemplo, usando copolímeros de tribloco tipo escova contendo braços de copolímero de tribloco anfifílico densamente enxertados, os nanobastões de núcleo-casca podem ser formados a partir de dois materiais diferentes. Na maioria dos casos, uma grande incompatibilidade de rede entre os materiais do núcleo e da casca impediria a formação de estruturas de núcleo-casca de alta qualidade, mas a técnica supera essa limitação.

p "Usando esta abordagem, podemos crescer os materiais do núcleo e da casca independentemente em seus respectivos nanorreatores, "Lin disse." Isso nos permite contornar a necessidade de combinar as estruturas cristalinas e permite a fabricação de uma grande variedade de estruturas núcleo-casca com diferentes combinações que, de outra forma, seriam muito desafiadoras de se obter. "

p Lin vê muitas aplicações potenciais para os nanobastões.

p "Com uma ampla gama de propriedades físicas - ópticas, elétrico, optoeletrônico, catalítico, magnético, e detecção - que dependem sensivelmente de seu tamanho e forma, bem como de seus conjuntos, os nanobastões produzidos são de interesse fundamental e prático, "Lin disse." As aplicações potenciais incluem óptica, eletrônicos, fotônica, tecnologias magnéticas, materiais e dispositivos sensoriais, materiais estruturais leves, catálise, entrega de drogas, e bio-nanotecnologia. "

p Por exemplo, nanobastões de ouro simples de diferentes comprimentos podem permitir a absorção plasmônica eficaz na faixa do infravermelho próximo para uso na conversão de energia solar com melhor aproveitamento do espectro solar. Os nanobastões de conversão ascendente podem coletar preferencialmente os fótons solares infravermelhos, seguido pela absorção de fótons de alta energia emitidos para gerar fotocorrente extra em células solares. Eles também podem ser usados ​​para rotulagem biológica devido à sua baixa toxicidade, estabilidade química, e intensa luminescência quando excitada por radiação infravermelha próxima, que pode penetrar no tecido muito melhor do que a radiação de alta energia, como ultravioleta, como geralmente é exigido com rótulos de pontos quânticos.

p Os nanobastões de núcleo-casca de óxido de ouro e ferro podem ser úteis na terapia do câncer, com imagens de ressonância magnética habilitadas pela concha de óxido de ferro, e aquecimento local criado pelo efeito fototérmico no núcleo do nanobastão de ouro, matando as células cancerosas.