p Diferentes eras da civilização são definidas pela descoberta de novos materiais, à medida que novos materiais geram novos recursos. E ainda, identificar o melhor material para uma determinada aplicação - catalisadores, estruturas de coleta de luz, rótulos de biodiagnóstico, produtos farmacêuticos e dispositivos eletrônicos - é tradicionalmente uma tarefa lenta e assustadora. As opções são quase infinitas, particularmente na nanoescala (um nanômetro é um bilionésimo de um metro) onde as propriedades do material - ópticas, estrutural, elétrico, mecânica e química - pode mudar significativamente, mesmo em uma composição fixa. p Um novo estudo publicado esta semana no Proceedings of the National Academy of Sciences ( PNAS ) apóia a eficácia de uma nova ferramenta potencialmente revolucionária desenvolvida na Northwestern University para testar rapidamente milhões (até bilhões) de nanopartículas para determinar o melhor para um uso específico.

p "Ao utilizar métodos tradicionais para identificar novos materiais, mal arranhamos a superfície do que é possível, "disse Chad A. Mirkin da Northwestern, o autor correspondente do estudo e um líder mundial em pesquisa em nanotecnologia e suas aplicações. "Esta pesquisa fornece uma prova de conceito - que essa abordagem poderosa para a ciência da descoberta funciona."

p A nova ferramenta utiliza uma biblioteca combinatória, ou megabiblioteca, de nanopartículas de uma forma muito controlada. (Uma biblioteca combinatória é uma coleção de estruturas sistematicamente variadas codificadas em locais específicos em uma superfície). As bibliotecas são criadas usando a técnica de Litografia de Caneta de Polímero (PPL) da Mirkin, que se baseia em matrizes (conjuntos de elementos de dados) com centenas de milhares de pontas piramidais para depositar "pontos" de polímeros individuais de vários tamanhos e composições, cada um carregado com diferentes sais de metal de interesse, em uma superfície. Uma vez aquecido, esses pontos são reduzidos a átomos de metal formando uma única nanopartícula com composição e tamanho fixos.

p "Ao ser pequeno, criamos duas vantagens na descoberta de materiais de alto rendimento, "disse Mirkin, o professor de química George B. Rathmann no Weinberg College of Arts and Sciences; professor de engenharia química e biológica, engenharia biomédica e ciência de materiais e engenharia na McCormick School of Engineering; e diretor executivo do Instituto Internacional de Nanotecnologia (IIN) da Northwestern. "Primeiro, podemos empacotar milhões de recursos em áreas de centímetros quadrados, criando um caminho para fazer as maiores e mais complexas bibliotecas, Até a presente data. Segundo, trabalhando na escala de comprimento abaixo de 100 nanômetros, o tamanho pode se tornar um parâmetro da biblioteca, e grande parte da ação, por exemplo, no campo da catálise, está nesta escala de comprimento. "

p O novo estudo é uma parceria entre o IIN da Northwestern e o Laboratório de Pesquisa da Força Aérea como parte do Centro de Excelência para Nanomateriais Bioprogramáveis ​​Avançados da Força Aérea dos EUA na Northwestern. A equipe utilizou uma megabiblioteca e uma técnica de triagem baseada em espectroscopia Raman in situ chamada ARES para identificar Au3Cu (uma composição de ouro-cobre) como um novo catalisador para sintetizar nanotubos de carbono de parede única. (ARES foi desenvolvido por Benji Maruyama, líder, Equipe de Pesquisa de Materiais e Processos Flexíveis, Diretoria de Materiais e Fabricação, Laboratório de Pesquisa da Força Aérea, e Rahul Rao, pesquisa científica, Laboratório de Pesquisa da Força Aérea e UES, Inc.)

p Nanotubos de carbono são leves, flexíveis e mais fortes do que as moléculas de aço usadas para armazenamento de energia, administração de drogas e aditivos de melhoria de propriedade para muitos materiais plásticos. O processo de triagem levou menos de uma semana para ser concluído e é milhares de vezes mais rápido do que os métodos de triagem convencionais.

p "Fomos capazes de nos concentrar rapidamente em uma composição ideal que produziu o maior rendimento de nanotubos muito mais rápido do que usar métodos convencionais, "disse Maruyama, um co-autor do estudo. "As descobertas sugerem que podemos ter a ferramenta de descoberta definitiva - uma virada de jogo em potencial na descoberta de materiais."