Diamante de ouro é criado por moléculas de DNA

O experimento gerou cristais artificiais de ouro com a mesma estrutura do diamante. [Imagem: Wenyan Liu et al. - 10.1126/science.aad2080]

Automontagem

O grande sonho da nanotecnologia é construir as coisas de baixo para cima, átomo por átomo ou molécula por molécula, de forma a criar objetos com qualquer propriedade que se queira e, melhor ainda, materiais multifuncionais, que possam apresentar simultaneamente várias propriedades que possam se manifestar de forma controlada.

Um grande avanço nessa técnica acaba de ser obtido por Wenyan Liu e uma equipe internacional trabalhando no Laboratório Nacional Brookhaven, nos EUA.

Eles desenvolveram uma técnica que faz com que nanopartículas de ouro se organizem na mesma estrutura cristalina do diamante. É como um cristal no qual os átomos de carbono do diamante tivessem sido substituídos pelas nanopartículas de ouro.

As propriedades extraordinárias do diamante - ópticas, eletrônicas, dureza etc. - resultam justamente da sua estrutura cristalina, da forma como os átomos de carbono se organizam.

Isso nos faz imaginar quais outras funcionalidades poderiam ser obtidas de materiais nos quais os átomos de carbono fossem substituídos por outros átomos. É nisso que Liu está trabalhando.

Diamante de ouro montado com DNA

A equipe empregou a técnica mais usada até agora em experimentos desse tipo, a automontagem das nanopartículas guiadas por moléculas sintéticas de DNA. A capacidade de conexão seletiva do DNA permite que ele seja programado para fazer com que nanopartículas se juntem de forma precisa, em um processo de automontagem que começa assim que o DNA e as partículas são postas em uma solução.

As moléculas de DNA foram inicialmente programadas para se juntar em aglomerados de cerca de 20 nanômetros de comprimento e então formar "armadilhas" em forma de pirâmide. A seguir, apontando para o interior das armadilhas, foram adicionadas moléculas individuais de DNA usando sequências T, G, C e A que combinavam com as sequências das moléculas adicionadas às nanopartículas de ouro. Quando misturadas em solução, as bases complementares fizeram o trabalho, aprisionando as nanopartículas de ouro dentro das pirâmides.

Para criar a rede atômica artificial foram usadas bases complementares postas nos vértices dos tetraedros, com cada vértice programado para se ligar a um segundo conjunto de nanopartículas de ouro.

Detalhes das junções que formam os tetraedros e das moléculas de DNA encarregadas de prender as nanopartículas de ouro. [Imagem: Wenyan Liu et al. - 10.1126/science.aad2080]

Quando tudo foi misturado e aquecido, os arranjos tetraédricos formaram super-redes com ordens de longo alcance nas quais as posições das nanopartículas de ouro equivalem à disposição dos átomos de carbono na rede atômica do diamante, só que em uma escala cerca de 100 vezes maior - algo como um "diamante de ouro", só que bem inchado.

Cristais artificiais

"Nós demonstramos um novo paradigma para criar estruturas ordenadas complexas em 3D por meio da automontagem. Se você consegue construir essa rede tão desafiadora, imaginamos que poderemos construir potencialmente qualquer rede atômica que desejarmos," disse o professor Oleg Gang, coordenador do grupo.

O próximo passo é tentar construir estruturas cada vez maiores, que possam gerar esses cristais artificiais de dimensões que permitam o estudo aprofundado de suas propriedades.

Fonte: Wenyan Liu et al. /science.

Bibliografia:

Diamond family of nanoparticle superlattices
Wenyan Liu, Miho Tagawa, Huolin L. Xin, Tong Wang, Hamed Emamy, Huilin Li, Kevin G. Yager, Francis W. Starr, Alexei V. Tkachenko, Oleg Gang
Science
Vol.: 351, Issue 6273, pp. 582-586
DOI: 10.1126/science.aad2080