p O que você vê na foto acima? Apenas uma imagem tridimensional desenhada com precisão de nanopartículas? Muito mais do que isso, nanotecnologistas dirão, devido a um novo estudo publicado na revista Ciência . Se um material catalisa reações químicas ou impede qualquer resposta molecular, tudo depende de como seus átomos estão dispostos. O objetivo final da nanotecnologia está centrado na capacidade de projetar e construir materiais átomo por átomo, permitindo assim que os cientistas controlem suas propriedades em qualquer cenário. Contudo, técnicas de imagem atômica não têm sido suficientes para determinar os arranjos atômicos tridimensionais precisos de materiais em solução líquida, que diria aos cientistas como os materiais se comportam na vida cotidiana, como na água ou plasma sanguíneo. p Pesquisadores do Centro de Pesquisa de Nanopartículas do Instituto de Ciências Básicas (IBS, Coreia do Sul), em colaboração com o Dr. Hans Elmlund do Biomedicine Discovery Institute da Monash University na Austrália e o Dr. Peter Ercius da Fundição Molecular do Lawrence Berkeley National Laboratory nos EUA, relataram uma nova metodologia analítica que pode resolver a estrutura 3-D de nanopartículas individuais com resolução em nível atômico. As posições atômicas 3-D de nanopartículas individuais podem ser extraídas com uma precisão de 0,02 nm - seis vezes menor que o menor átomo:hidrogênio. Em outras palavras, este método de alta resolução detecta átomos individuais e como eles estão dispostos dentro de uma nanopartícula.

p Os pesquisadores chamam seu desenvolvimento 3-D SINGLE (Identificação de Estrutura de Nanopartículas por Microscopia Eletrônica de Célula Líquida de Grafeno) e utilizam algoritmos matemáticos para derivar estruturas 3-D de um conjunto de dados de imagem 2-D adquiridos por um dos microscópios mais poderosos da Terra . Primeiro, uma solução nanocristal é ensanduichada entre duas folhas de grafeno, cada uma com apenas um átomo de espessura. "Se um aquário fosse feito de um material grosso, seria difícil ver através disso. Como o grafeno é o material mais fino e forte do mundo, criamos bolsões de grafeno que permitem que o feixe de elétrons do microscópio brilhe através do material, ao mesmo tempo que vedamos a amostra de líquido, "explica Park Jungwon, um dos autores correspondentes do estudo (professor assistente na Escola de Engenharia Química e Biológica da Universidade Nacional de Seul).

p Os pesquisadores obtêm filmes a 400 imagens por segundo de cada nanopartícula girando livremente no líquido usando um microscópio eletrônico de transmissão de alta resolução (TEM). A equipe então aplica sua metodologia de reconstrução para combinar as imagens 2-D em um mapa 3-D mostrando o arranjo atômico. Localizar a posição precisa de cada átomo informa aos pesquisadores como a nanopartícula foi criada e como ela irá interagir nas reações químicas.

p O estudo definiu as estruturas atômicas de oito nanopartículas de platina - a platina é o mais valioso dos metais preciosos, usado em uma série de aplicações, como materiais catalíticos para armazenamento de energia em células de combustível e refino de petróleo. Mesmo que todas as partículas tenham sido sintetizadas no mesmo lote, eles exibiram diferenças importantes em suas estruturas atômicas que afetam seu desempenho.

p “Agora é possível determinar experimentalmente as estruturas tridimensionais precisas de nanomateriais que haviam sido apenas especuladas teoricamente. A metodologia que desenvolvemos contribuirá para campos onde nanomateriais são usados, como células de combustível, veículos a hidrogênio, e síntese petroquímica, "diz o Dr. Kim Byung Hyo, o primeiro autor do estudo. Notavelmente, esta metodologia pode medir o deslocamento atômico e deformação nos átomos da superfície de nanopartículas individuais. A análise de cepas da reconstrução 3-D facilita a caracterização dos sítios ativos de nanocatalisadores em escala atômica, que permitirá o design baseado em estrutura para melhorar as atividades catalíticas. A metodologia também pode contribuir de forma mais geral para o aprimoramento do desempenho dos nanomateriais.

p “Desenvolvemos uma metodologia inovadora para determinar as estruturas que governam as propriedades físicas e químicas das nanopartículas em nível atômico em seu ambiente nativo. A metodologia fornecerá pistas importantes na síntese de nanomateriais. O algoritmo que apresentamos está relacionado a um novo fármaco desenvolvimento por meio de análise de estrutura de proteínas e análise de big data, portanto, esperamos mais aplicações em novas pesquisas de convergência, "observa o diretor Hyeon Taeghwan do IBS Center for Nanoparticle Research.