Um experimento que, por design, não deveria revelar nada digno de nota, em vez disso, produziu uma surpresa "desconcertante", de acordo com os cientistas de Stanford que fizeram a descoberta:uma nova maneira de criar nanopartículas e nanofios de ouro usando gotículas de água.

A tecnica, detalhado em 19 de abril no jornal Nature Communications , é a mais recente descoberta no novo campo da química das gotas e pode levar a maneiras mais ecológicas de produzir nanopartículas de ouro e outros metais, disse o líder do estudo Richard Zare, um químico na Escola de Humanidades e Ciências e um cofundador da Stanford Bio-X.

"Ser capaz de fazer reações na água significa que você não precisa se preocupar com contaminação. É química verde, "disse Zare, quem é Marguerite Blake Wilbur Professora de Ciências Naturais em Stanford.

Metal nobre

O ouro é conhecido como um metal nobre porque é relativamente não reativo. Ao contrário de metais básicos, como níquel e cobre, o ouro é resistente à corrosão e oxidação, que é um dos motivos pelos quais é um metal tão popular para joias.

Em meados da década de 1980, Contudo, cientistas descobriram que a indiferença química do ouro só se manifesta em geral, ou macroscópico, escalas. Na escala nanométrica, as partículas de ouro são muito reativas quimicamente e são excelentes catalisadores. Hoje, nanoestruturas de ouro encontraram um papel em uma ampla variedade de aplicações, incluindo bioimagem, entrega de drogas, detecção de gases tóxicos e biossensores.

Até agora, Contudo, a única maneira confiável de fazer nanopartículas de ouro era combinar o ácido cloroáurico precursor do ouro com um agente redutor como o boro-hidreto de sódio.

A reação transfere elétrons do agente redutor para o ácido cloroáurico, liberando átomos de ouro no processo. Dependendo de como os átomos de ouro se agrupam, eles podem formar contas de tamanho nano, fios, varas, prismas e muito mais.

Uma borrifada de ouro

Recentemente, Zare e seus colegas se perguntaram se essa reação de produção de ouro procederia de forma diferente com minúsculos, gotas de tamanho mícron de ácido cloroáurico e boro-hidreto de sódio. Qual é o tamanho de uma microgotícula? "É como apertar um frasco de perfume e borrifar uma névoa de microgotículas, "Zare disse.

De experimentos anteriores, os cientistas sabiam que algumas reações químicas ocorrem muito mais rápido em microgotículas do que em grandes volumes de solução.

De fato, a equipe observou que as nanopartículas de ouro cresceram mais de 100, 000 vezes mais rápido em microgotículas. Contudo, a observação mais surpreendente veio durante a execução de um experimento de controle no qual eles substituíram o agente redutor - que normalmente libera as partículas de ouro - por microgotículas de água.

"Para nossa perplexidade, descobrimos que nanoestruturas de ouro podem ser feitas sem quaisquer agentes redutores adicionados, "disse o primeiro autor do estudo, Jae Kyoo Lee, um associado de pesquisa.

Visto sob um microscópio eletrônico, as nanopartículas e nanofios de ouro aparecem fundidos como aglomerados de frutos em um galho.

A descoberta surpreendente significa que microgotículas de água pura podem servir como microrreatores para a produção de nanoestruturas de ouro. "Esta é mais uma evidência de que as reações nas gotículas de água podem ser fundamentalmente diferentes daquelas na água a granel, "disse a co-autora do estudo Devleena Samanta, um ex-aluno de pós-graduação no laboratório de Zare e co-autor do artigo.

Se o processo puder ser ampliado, poderia eliminar a necessidade de agentes redutores potencialmente tóxicos que têm efeitos colaterais prejudiciais à saúde ou que podem poluir os cursos de água, Zare disse.

Ainda não está claro por que as microgotículas de água são capazes de substituir um agente redutor nessa reação. Uma possibilidade é que transformar a água em microgotículas aumenta muito sua área de superfície, criando a oportunidade para um forte campo elétrico se formar na interface ar-água, que pode promover a formação de nanopartículas e nanofios de ouro.

"A área da superfície de um copo d'água de um litro é menos de um metro quadrado. Mas se você transformar a água desse copo em microgotículas, você receberá cerca de 3, 000 metros quadrados de área de superfície - cerca do tamanho de meio campo de futebol, "Zare disse.

A equipe está explorando maneiras de utilizar as nanoestruturas para várias aplicações catalíticas e biomédicas e para refinar sua técnica para criar filmes de ouro.

“Observamos uma rede de nanofios que pode permitir a formação de uma fina camada de nanofios, "Samanta disse.