Pesquisadores do Centro de Pesquisa para Ciência e Tecnologia Avançada e do Instituto de Ciência Industrial da Universidade de Tóquio usaram uma nova simulação de computador para modelar a auto-organização eletrostática de nanopartículas zwitteriônicas, que são úteis para a entrega de medicamentos. Eles descobriram que a inclusão de flutuações transitórias de carga aumentou muito a precisão, o que pode ajudar a levar ao desenvolvimento de novos nanomateriais inteligentes de automontagem.
Na mitologia romana antiga, Janus era o deus dos começos e finais. Sua natureza dupla foi frequentemente refletida em sua representação com duas faces. Ele também dá seu nome às chamadas partículas Janus, que são nanopartículas que contêm duas ou mais propriedades físicas ou químicas distintas em sua superfície. Uma solução promissora de "duas faces" usa partículas zwitteriônicas, que são esferas com um lado carregado positivamente e um lado carregado negativamente. Os pesquisadores esperam criar estruturas auto-organizadas, que podem ser ativadas por mudanças na concentração de sal ou pH de uma solução. No entanto, esse tipo de engenharia "de baixo para cima" requer simulações de computador mais precisas para implementar.

Agora, uma equipe de pesquisadores do Centro de Pesquisa para Ciência e Tecnologia Avançada e do Instituto de Ciência Industrial da Universidade de Tóquio criou um novo modelo de computador que incorpora flutuações transitórias nas distribuições de mudanças na superfície das partículas que podem dar origem a uma variedade maior de estruturas, em comparação com o software atual. “Simular a dissociação dinâmica ou associação de grupos de ionização é inerentemente mais desafiador e deve ser repetido repetidamente até que resultados autoconsistentes sejam obtidos”, diz o primeiro autor Jiaxing Yuan.

Os pesquisadores mostraram que o método anterior de assumir que cada uma das partículas carrega uma carga constante pode dar resultados imprecisos. Para simular a possível transição para aglomerados compactos, em vez de produzir exclusivamente fios alongados, o computador precisava incluir flutuações de curta duração na carga superficial. Essas diferenças são particularmente perceptíveis em baixa concentração de sal e alta força de acoplamento eletrostático.

Nos organismos vivos, as proteínas se dobram em formas muito específicas baseadas em grande parte na atração entre as regiões carregadas positivamente e negativamente. No futuro, partículas projetadas artificialmente podem ser capazes de se auto-montar quando desencadeadas por uma mudança nas condições. “Com partículas zwitteriônicas, esperamos criar materiais funcionais com propriedades ajustáveis, semelhantes à auto-organização de proteínas carregadas”, diz o autor sênior Hajime Tanaka.

A pesquisa foi publicada em Physical Review Letters . + Explorar mais

Influências microambientais em micromotores artificiais