p O cristal mais complexo projetado e construído a partir de nanopartículas foi relatado por pesquisadores da Northwestern University e confirmado por pesquisadores da University of Michigan. O trabalho demonstra que algumas das estruturas mais complicadas da natureza podem ser deliberadamente montadas se os pesquisadores puderem controlar as formas das partículas e a maneira como elas se conectam. p "Esta é uma demonstração de força total do que é possível quando alguém aproveita o conteúdo de informação e química do DNA e o combina com nanopartículas de um tamanho e uma forma, "Chad A. Mirkin da Northwestern disse.

p Mirkin é diretor do grupo de pesquisa que descobriu esses materiais e pioneiro no conceito de cristalização coloidal programável com ácidos nucléicos. Ele é o George B. Rathmann Professor de Química no Weinberg College of Arts and Sciences.

p A nanotecnologia promete reunir materiais de novas maneiras, forjando novos recursos por design. Em 1996, Mirkin introduziu o conceito de usar nanopartículas como átomos e DNA sintético - o projeto da vida - como uma ligação quimicamente programável para fazer materiais de design com base na capacidade das partículas de se reconhecerem por meio de sequências imobilizadas em suas superfícies.

p Uma aplicação potencial para cristais construídos de nanopartículas, como esses recém-relatados, é o controle da luz - as nanopartículas interagem bem com as ondas de luz porque são semelhantes em tamanho. Isso pode levar a materiais que podem alterar cores ou padrões sob comando ou bloquear certos comprimentos de onda de luz, durante a transmissão ou amplificação de outros. Novos tipos de lentes, lasers e até mesmo materiais de camuflagem do tipo Jornada nas Estrelas são possíveis.

p "Podemos construir esses blocos de construção complexos que permitem aos pesquisadores fazer materiais que você não pode obter naturalmente de átomos e moléculas, "disse Sharon Glotzer, o Stuart W. Churchill Professor Colegiado de Engenharia Química na U-M. Ela liderou a parte U-M do estudo.

p O estudo, intitulado "Cristais Coloidais Clathrate, "será publicado no dia 3 de março na revista Ciência . Mirkin e Glotzer são co-autores do artigo.

p Na quimica, clatratos são conhecidos por suas câmaras que podem abrigar pequenas moléculas. Eles têm sido usados ​​para capturar poluentes do meio ambiente, por exemplo. Os aglomerados de nanopartículas também deixam espaço para carga, que Mirkin sugere que pode ser útil para armazenar, entrega e detecção de materiais para o meio ambiente, diagnóstico médico e aplicações terapêuticas.

p Embora os materiais naturais exibam uma variedade estonteante de estruturas de cristal, a maioria dos laboratórios de nanotecnologia luta para superar os designs cúbicos. As estruturas produzidas por Haixin Lin, agora um pós-doutorado no laboratório de Mirkin, são muito superiores.

p As novas estruturas formadas em aglomerados de até 42 partículas, esboçando poliedros complexos como o grande dodecaedro. Esses aglomerados então se conectavam em estruturas de cristal em forma de gaiola chamadas clatratos.

p Ainda, a história não é o cristal em si:é como o cristal foi feito e caracterizado. O grupo de Mirkin foi pioneiro em muitas estruturas através do uso de fitas de DNA como uma espécie de cola inteligente, ligando nanopartículas de uma maneira particular. A partícula é tanto um bloco de construção quanto um modelo que direciona as interações de ligação. Enquanto isso, O grupo de Glotzer defendeu o papel da forma das nanopartículas na orientação da montagem de estruturas cristalinas por meio de modelagem por computador.

p "O grupo de Chad teve a ideia de explorar novas fases, olhando as previsões que fizemos, "disse Glotzer, o Distinto Professor de Engenharia da Universidade John Werner Cahn. "Um dia, Recebi um telefonema do Chad. 'Acabamos de receber essas estruturas incríveis!' ele disse. E ele me mandou uma mensagem micrografia após micrografia - elas simplesmente continuavam aparecendo. Ele disse que precisamos descobrir uma maneira de atribuir definitivamente suas estruturas. "

p As imagens do microscópio eletrônico mostraram clatratos que se formaram em grande parte graças ao formato das nanopartículas de ouro. A forma bipiramidal, como duas pirâmides achatadas coladas em suas bases, estava naturalmente inclinado a se reunir em estruturas de clatrato. Mas para fazer isso, eles precisavam de fitas de DNA presas a seus lados no comprimento certo. Quando muito curto, as fitas de DNA desordenadas, estruturas mal definidas, enquanto sequências mais longas permitiam que os clatratos se formassem.

p Lin fez sistematicamente as bipiramidas douradas com comprimentos de borda de 250 nanômetros - metade do comprimento de onda da luz azul. Ele então os modificou com sequências de DNA de diferentes comprimentos para determinar a construção mais otimizada para formar as estruturas cristalinas observadas.

p Quando ele viu os padrões exóticos nas imagens do microscópio eletrônico, ele os trouxe para Mirkin, que estava emocionado e intrigado.

p "São impressionantes - ninguém havia feito essas estruturas antes, "disse Mirkin, diretor do Instituto Internacional de Nanotecnologia da Northwestern (IIN).

p Ficou claro que eles fizeram fases nunca antes observadas, mas ter a estrutura atribuída com precisão era essencial.

p Depois que Mirkin alertou Glotzer, Sangmin Lee, um estudante de doutorado em engenharia química, e Michael Engel, um pós-doutorado, ambos no U-M, 3-D imprimiu bipiramides e os montou para explorar como eles poderiam fazer as formas nas micrografias eletrônicas. Então, eles e seus colegas de trabalho construíram um modelo de computador para confirmar que as nanopartículas ligadas ao DNA formariam de fato estruturas de clatrato.

p "Para realmente saber com certeza, tivemos que fazer uma simulação onde você tem as formas, você coloca a interação do DNA e ambos constroem a coisa e ver se ela está estável no computador, "Glotzer disse." Nós também simplesmente jogamos as partículas em uma caixa para ver se elas se montavam nas mesmas condições que usavam no laboratório. "