A auto-montagem é a organização espontânea de blocos de construção em estruturas ou padrões de um estado desordenado. Exemplos cotidianos incluem o congelamento de líquidos ou a cristalização de sais. Esses processos de automontagem também ocorrem em muitos sistemas biológicos, como o dobramento de proteínas ou a formação de hélices de DNA, e há um interesse crescente em estudar esses processos de automontagem. O pesquisador Patrick Hage criou uma nova classe de micropartículas de automontagem que respondem à temperatura e à luz, o que permite um controle preciso sobre sua montagem em estruturas.
Partículas coloidais, que variam em tamanho de alguns nanômetros a alguns micrômetros, são frequentemente usadas para estudar processos de automontagem. Devido ao seu pequeno tamanho, as forças gravitacionais têm influência mínima sobre seu movimento. Como resultado, essas partículas tendem a se mover aleatoriamente enquanto, ao mesmo tempo, interagem umas com as outras.

"Apesar de seu pequeno tamanho, essas partículas coloidais podem ser fotografadas usando técnicas convencionais de microscopia", observa Patrick Hage, ex-Ph.D. pesquisador e agora pós-doc no grupo Self-Organizing Soft Matter. "Organizar esses materiais nesta escala de comprimento pode resultar em materiais com novas propriedades mecânicas e ópticas. Um exemplo natural de uma 'superestrutura' coloidal com propriedades ópticas únicas é uma opala, que é composta de cristais de pequenas esferas de sílica. Controle sobre as superestruturas pode levar a novos materiais para cristais fotônicos, revestimentos e sensores."

Importância do controle

Para criar materiais coloidais responsivos e reconfiguráveis, é muito importante ter controle sobre as interações entre as partículas e a capacidade de modular essas interações usando prompts externos.

Uma maneira de ajudar a modular as interações é através da funcionalização da superfície, onde pequenas fitas de DNA simples são anexadas à superfície das partículas. Assim como você encontraria no núcleo de uma célula no corpo humano, essas fitas de DNA se ligam umas às outras para formar uma hélice de DNA.

"É a formação dessas hélices de DNA que mantém as partículas unidas", diz Hage. "As partículas com DNA em sua superfície podem ser moduladas usando a temperatura como um gatilho. Isso controla como as partículas interagem umas com as outras e leva a estruturas complicadas, como cristais coloidais".

Vários acionadores

O objetivo do Ph.D. de Hage. A pesquisa foi desenvolver um sistema que respondesse a vários gatilhos – luz e temperatura neste caso. "O uso de vários gatilhos permite o controle sobre o crescimento de estruturas no espaço e no tempo."

Hage conseguiu isso adicionando uma molécula responsiva à luz às fitas de DNA que são responsáveis ​​pela montagem coloidal. Isso resultou em interações de partículas que responderam à luz e à temperatura ao mesmo tempo. A combinação dessas partículas com um microscópio fluorescente, uma câmara de aquecimento e um dispositivo de microespelho digital permitiu a visualização de partículas, ao mesmo tempo em que proporcionava controle preciso da temperatura e a capacidade de aplicar luz com padrões específicos na amostra.

“Criei uma configuração que permite a formação de imagens da formação de superestruturas (por exemplo, cristais) em temperaturas específicas, enquanto ganha a capacidade de modificar ou remover estruturas indesejadas aplicando padrões de luz locais”, diz Hage. "Em processos futuros, esse controle duplo pode ser usado para fazer estruturas automontadas para uma variedade de aplicações, como sensores avançados ou cristais fotônicos para dispositivos fotônicos".

Hage vai agora continuar o trabalho de seu Ph.D. como parte de uma posição de pós-doutorado de 4 meses no mesmo grupo. "Estou ansioso para trabalhar ainda mais na otimização do sistema e, em seguida, transferir o conhecimento para outros membros do grupo." + Explorar mais

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