p Os pesquisadores da Northwestern University desenvolveram uma técnica inédita para a criação de classes inteiramente novas de materiais ópticos e dispositivos que podem levar a dispositivos de dobra e camuflagem de luz - uma novidade para animar os ouvidos do Spock de Star Trek. p Usando o DNA como uma ferramenta fundamental, a equipe interdisciplinar pegou nanopartículas de ouro de diferentes tamanhos e formas e as organizou em duas e três dimensões para formar superredes opticamente ativas. Estruturas com configurações específicas podem ser programadas por meio da escolha do tipo de partícula e do padrão e da sequência de DNA para exibir quase qualquer cor em todo o espectro visível, o relatório dos cientistas.

p "Arquitetura é tudo na hora de projetar novos materiais, e agora temos uma nova maneira de controlar com precisão arquiteturas de partículas em grandes áreas, "disse Chad A. Mirkin, o George B. Rathmann Professor de Química no Weinberg College of Arts and Sciences em Northwestern. "Químicos e físicos serão capazes de construir um número quase infinito de novas estruturas com todos os tipos de propriedades interessantes. Essas estruturas não podem ser feitas por nenhuma técnica conhecida."

p A técnica combina um método de fabricação antigo - litografia de cima para baixo, o mesmo método usado para fazer chips de computador - com um novo - automontagem programável impulsionada pelo DNA. A equipe da Northwestern é a primeira a combinar os dois para obter o controle individual de partículas em três dimensões.

p O estudo foi publicado online pela revista Ciência hoje (18 de janeiro). Mirkin e Vinayak P. Dravid e Koray Aydin, ambos professores da McCormick School of Engineering da Northwestern, são autores co-correspondentes.

p Os cientistas serão capazes de usar a técnica poderosa e flexível para construir metamateriais - materiais não encontrados na natureza - para uma variedade de aplicações, incluindo sensores para usos médicos e ambientais.

p Os pesquisadores usaram uma combinação de simulações numéricas e técnicas de espectroscopia óptica para identificar superredes de nanopartículas particulares que absorvem comprimentos de onda específicos da luz visível. As nanopartículas modificadas por DNA - ouro neste caso - são posicionadas em um modelo pré-padronizado feito de DNA complementar. Pilhas de estruturas podem ser feitas introduzindo uma segunda e depois uma terceira partícula modificada por DNA com DNA que é complementar às camadas subsequentes.

p Além de serem arquiteturas incomuns, esses materiais são responsivos a estímulos:os filamentos de DNA que os mantêm juntos mudam de comprimento quando expostos a novos ambientes, como soluções de etanol que variam em concentração. A mudança no comprimento do DNA, os pesquisadores descobriram, resultou em uma mudança de cor de preto para vermelho para verde, fornecendo extrema sintonia de propriedades ópticas.

p "Ajustar as propriedades ópticas dos metamateriais é um desafio significativo, e nosso estudo atinge uma das maiores faixas de sintonia alcançadas até o momento em metamateriais ópticos, "disse Aydin, professor assistente de engenharia elétrica e ciência da computação na McCormick.

p "Nossa nova plataforma de metamaterial - habilitada pelo controle preciso e extremo da forma das nanopartículas de ouro, tamanho e espaçamento - é uma promessa significativa para metamateriais ópticos de próxima geração e metassuperfícies, "Aydin disse.

p O estudo descreve uma nova forma de organizar nanopartículas em duas e três dimensões. Os pesquisadores usaram métodos de litografia para fazer pequenos orifícios - com apenas uma nanopartícula de largura - em um polímero resistente, criando "plataformas de aterrissagem" para componentes de nanopartículas modificados com fitas de DNA. Os campos de pouso são essenciais, Mirkin disse, uma vez que eles mantêm as estruturas que crescem na vertical.

p As bases de aterrissagem nanoscópicas são modificadas com uma sequência de DNA, e as nanopartículas de ouro são modificadas com DNA complementar. Ao alternar nanopartículas com DNA complementar, os pesquisadores construíram pilhas de nanopartículas com tremendo controle posicional e sobre uma grande área. As partículas podem ser de diferentes tamanhos e formas (esferas, cubos e discos, por exemplo).

p "Esta abordagem pode ser usada para construir redes periódicas de partículas opticamente ativas, como ouro, prata e qualquer outro material que pode ser modificado com DNA, com extraordinária precisão em nanoescala, "disse Mirkin, diretor do Instituto Internacional de Nanotecnologia da Northwestern.

p Mirkin também é professor de medicina na Escola de Medicina Feinberg da Northwestern University e professor de engenharia química e biológica, engenharia biomédica e ciência e engenharia de materiais na McCormick School.

p O sucesso da montagem programável de DNA relatada exigiu experiência com materiais híbridos (soft-hard) e nanopadronização requintada e capacidades litográficas para alcançar a resolução espacial necessária, definição e fidelidade em grandes áreas de substrato. A equipe do projeto voltou-se para Dravid, um colaborador de longa data de Mirkin, especializado em nanopadronização, microscopia avançada e caracterização de soft, nanoestruturas duras e híbridas.

p Dravid contribuiu com sua experiência e ajudou no projeto da estratégia de nanopadronização e litografia e na caracterização associada das novas estruturas exóticas. Ele é o professor Abraham Harris de Ciência e Engenharia de Materiais em McCormick e o diretor fundador do centro NUANCE, que abriga a padronização avançada, litografia e caracterização usadas nas estruturas programadas por DNA.