Materiais superquirais: luz pode torcer fitas de nanopartículas

Técnica poderá ser usada em experiências para transportar drogas em sistemas microfluidos que simulam o corpo, entre outras aplicações.

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17 Março 2010 | 23h35

Após 72 horas de exposição à luz, fitas se retorceram e se agruparam. Crédito: Nicholas Kotov.

Após 72 horas de exposição à luz, fitas se retorceram e se agruparam. Crédito: Nicholas Kotov.

Engenheiros da Universidade de Michigan, EUA, demonstraram que a luz pode torcer fitas de nanopartículas. Há pelo menos três anos os cientistas tentam alcançar este resultado. A matéria é capaz de curvar e torcer a luz . Este é o mecanismo por trás das lentes ópticas e óculos  polarizados  para filmes em 3-D. Mas, a interação oposta raramente tem sido observada.

Sabe-se que a luz pode afetar a matéria em escala molecular, por flexão ou torção de moléculas de uns poucos nanômetros de tamanho.  Mas, nunca se observou torções mais drásticas em partículas maiores. 

“Eu não acreditei no começo”, diz Nicholas Kotov, principal pesquisador do estudo.  “Para ser honesto, levamos três anos e meio para realmente descobrir como fótons de luz poderiam levar a uma mudança tão notável em estruturas rígidas mil vezes maiores que moléculas”.


Kotov e seus colegas tentavam criar partículas superquirais espirais  em nanoescala feitos de uma mistura de metais que poderia teoricamente focar luz visível para partículas menores que seu comprimento de onda. Materiais com este específico índice de refração negativo podem ser capazes de produzir mantos de invisibilidade do tipo Klingon. As fitas de nanopartículas torcidas  podem conduzir  aos  materiais superquirais.

Para iniciar o experimento, os pesquisadores dispersaram nanopartículas de telureto de cádmio em uma solução à base de água,  observando intermitentemente em microscópios potentes.  Após 24horas sob a luz, as nanopartículas se juntaram em fitas planas e depois de 72 horas essas fitas tinham se retorcido e se agrupado no processo. Mas quando as nanopárticulas eram deixadas no escuro, formavam-se fitas longas, separadas e retas.

“Descobrimos que se fizéssemos fitas planas no escuro e as iluminássemos, podíamos ver uma torção gradual que crescia a medida que iluminávamos mais, e isso era incomum em muitos aspectos”, ressalta Kotov. A luz torcia as fitas causando uma repulsão mais forte entre as suas nanopartículas. Além de ser uma nova forma na nanotecnologia, os resultados implicam em tecnologias mais elaboradas. 

Sudhanshu Srivastava,  outro pesquisador do seu laboratório, tenta agora aplicar rotação às espirais.  Com isso ele está construindo pequenas hélices para o movimento no fluído: submarinos em nanoescala, ou nanosubmarinos. Kotov lembra que esse padrão de estruturas torcidas é frequente como órgãos de mobilidade de bactérias e células e poderão ser usados para transportar drogas e em sistemas microfluidicos que simulam o corpo em experimentos. O efeito de torção récem-descoberto também pode ser utilizado em sistemas controlados por luz, em litografia ou produção de microchips.

Outros dois pesquisadores, Glotzer and Aaron Santos, realizaram simulações em computadores  que auxiliaram Kotov  e sua equipe a entender melhor comoo as fitas se formam.  As simulações mostraram que, em certas circunstâncias, a complexa combinação de forças entre nanopartículas em forma de tetraedros poderiam produzir fitas da mesma largura observada nos experimentos. Um tetraedro é um poliedro tridimensional em forma de pirâmide. O balanço exato de forças que conduz à autoformação de fitas é bastante revelador e pode ser usado para estabilizar outras nanoestruturas feitas de partículas não esféricas. É uma questão de como as partículas querem se empacotar.

Os resultados foram publicados pela Science.

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