p Micropartículas sintéticas mais complexas do que algumas das mais complicadas encontradas na natureza foram produzidas por uma equipe internacional liderada pela Universidade de Michigan. Eles também investigaram como essa complexidade surge e criaram uma maneira de medi-la. p As descobertas abrem caminho para misturas de partículas e fluidos mais estáveis, como tintas, e novas maneiras de distorcer a luz - um pré-requisito para projetores holográficos.

p As partículas são compostas por pontas torcidas dispostas em uma bola de alguns mícrons, ou milionésimos de metro, entre.

p A biologia é uma grande criadora de complexidade em nano e microescalas, com estruturas pontiagudas, como pólen vegetal, células do sistema imunológico e alguns vírus. Entre as partículas naturais mais complexas na escala das novas partículas sintéticas estão os coccolitóforos pontiagudos. Alguns mícrons de diâmetro, esse tipo de alga é conhecido por construir conchas de calcário intrincadas ao seu redor. Para entender melhor as regras que governam como partículas como essas crescem, cientistas e engenheiros tentam fazê-los no laboratório. Mas até agora, não havia uma forma formalizada de mensurar a complexidade dos resultados.

p "Os números governam o mundo, e ser capaz de descrever rigorosamente formas pontiagudas e colocar um número na complexidade nos permite usar novas ferramentas como inteligência artificial e aprendizado de máquina para projetar nanopartículas, "disse Nicholas Kotov, Joseph B. e Florence V. Cejka Professor de Engenharia da U-M, quem liderou o projeto.

p A equipe - que inclui pesquisadores da Universidade Federal de São Carlos e da Universidade de São Paulo no Brasil, assim como o Instituto de Tecnologia da Califórnia e a Universidade da Pensilvânia - usaram a nova estrutura para demonstrar que suas partículas eram ainda mais complicadas do que os coccolitóforos.

p O braço computacional da equipe, liderado por André Farias de Moura, professor de química da Universidade Federal, investigou as propriedades quânticas das partículas e as forças que atuam nos blocos de construção em nanoescala.

p Um dos principais atores na produção de complexidade pode ser a quiralidade - neste contexto, a tendência de seguir uma torção no sentido horário ou anti-horário. Eles introduziram a quiralidade revestindo folhas de sulfeto de ouro em nanoescala, que serviu como seus blocos de construção de partículas, com um aminoácido chamado cisteína. A cisteína vem em duas formas de imagem espelhada, um conduzindo as folhas douradas para empilhar com um giro no sentido horário, e a outra tendendo a uma torção no sentido anti-horário. No caso da partícula mais complexa, uma bola pontiaguda com espinhos torcidos, cada folha de ouro foi revestida com a mesma forma de cisteína.

p A equipe também controlou outras interações. Usando nanopartículas planas, eles criaram pontas que eram planas em vez de redondas. Eles também usaram moléculas eletricamente carregadas para garantir que os componentes em nanoescala se tornassem partículas maiores, maior do que algumas centenas de nanômetros de diâmetro, devido à repulsão.

p "Essas leis costumam entrar em conflito umas com as outras, e a complexidade surge porque essas comunidades de nanopartículas têm que satisfazer todas elas, "disse Kotov, professor de ciência e engenharia de materiais e ciência e engenharia macromolecular.

p E essa complexidade pode ser útil. Picos em nanoescala em partículas como o pólen impedem que se aglutinem. De forma similar, os picos nessas partículas feitos pela equipe de pesquisa os ajudam a se dispersar em praticamente qualquer líquido, uma propriedade que é útil para estabilizar misturas sólido / líquido, como tintas.

p As micropartículas com pontas torcidas também absorvem a luz ultravioleta e emitem luz visível torcida ou circularmente polarizada em resposta.

p "A compreensão dessas emissões foi uma das partes mais difíceis da investigação, "disse de Moura.

p A partir dos resultados dos experimentos e simulações, parece que a energia UV foi absorvida pelos corações das partículas e transformada por meio de interações mecânicas quânticas, tornando-se luz visível circularmente polarizada no momento em que saiu pelas pontas curvas.

p Os pesquisadores acreditam que as táticas que descobriram podem ajudar os cientistas a projetar partículas que melhoram os biossensores, eletrônica e a eficiência das reações químicas.

p O estudo é intitulado, "Emergence of Complexity in Hierarchically Organized Chiral Particles, "e é publicado na revista Ciência .