Química artificial usa nanopartículas como átomos e DNA como ligação química

Redação do Site Inovação Tecnológica - 07/04/2012

A técnica não se restringe a copiar cristais naturais, mas permite construir estruturas completamente novas, não encontradas em minerais naturais.
[Imagem: Science/AAAS]

Superando a natureza

Usando uma abordagem de baixo para cima, a natureza pega átomos e, através de ligações químicas, elabora materiais cristalinos, como diamantes, silício ou sal de cozinha.

Em todos eles, as propriedades dos cristais dependem do tipo e do arranjo dos átomos dentro da rede cristalina.

Agora, uma equipe de cientistas da Universidade Northwestern, nos Estados Unidos, descobriu como copiar a natureza para construir materiais cristalinos, não a partir de átomos, mas de nanopartículas e de moléculas de DNA.

Usando nanopartículas como "átomos", e fitas de DNA como "ligações químicas", os cientistas descobriram como criar cristais com as partículas dispostas nos mesmos tipos de configurações das redes atômicas dos cristais encontrados na natureza.

A vantagem é que a técnica não se restringe a copiar cristais naturais, mas permite construir estruturas completamente novas, não encontradas em minerais naturais.

Tabela periódica de formas

As regras básicas de montagem desses materiais artificiais abrem a possibilidade de produzir uma variedade de novos materiais que poderão ser úteis em tecnologias como catalisadores, eletrônicos, óptica, biomedicina e energia.

"Estamos construindo uma nova tabela periódica de formatos," disse o professor Chad Mirkin, que liderou a pesquisa. "Usando essas novas regras de design e nanopartículas como 'átomos artificiais', desenvolvemos modos de cristalização controlada que são, em muitos aspectos, mais poderosos do que a forma como a natureza e os químicos produzem materiais cristalinos a partir de átomos.

"As partículas podem ser movidas para mais perto ou mais para longe umas das outras alterando o comprimento do DNA de interligação, proporcionando assim uma ajustabilidade quase infinita."
[Imagem: Science/AAAS]

"Controlando o tamanho, forma, tipo e localização das nanopartículas dentro de uma estrutura, podemos fazer materiais e arranjos de partículas completamente novos, e não apenas o que a natureza dita."

"Uma vez que tenhamos um certo tipo de estrutura," prossegue Mirkin, "as partículas podem ser movidas para mais perto ou mais para longe umas das outras alterando o comprimento do DNA de interligação, proporcionando assim uma ajustabilidade quase infinita."

Interligação por DNA

Os cientistas começaram com duas soluções de nanopartículas revestidas com cadeia simples de DNA.

Em seguida, eles adicionaram cadeias de DNA que se ligam a estas partículas funcionalizadas, que apresentam um grande número de "extremidades aderentes" a uma distância controlada a partir da superfície da partícula.

Essas terminações "pegajosas" ligam-se às extremidades coesivas das partículas adjacentes, formando uma arranjo macroscópico de nanopartículas.

Foram obtidas diferentes estruturas cristalinas utilizando diferentes combinações de nanopartículas - com diferentes tamanhos - e fitas de DNA com comprimentos controláveis.

O processo é análogo ao modo como as redes cristalinas atômicas são formadas.

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