Materiais Avançados

Microeletrônica e biotecnologia unem-se para criar novos materiais

Microeletrônica e biotecnologia unem-se para criar novos materiais
Unindo a técnica de fabricação da microeletrônica com a biotecnologia é possível fabricar dispositivos de duas ou três dimensões em grandes áreas. [Imagem: Northwestern University]

DNA e nanopartículas

Uma técnica que une microeletrônica com biotecnologia promete criar classes inteiramente novas de materiais e dispositivos ópticos capazes de convencer a luz a fazer curvas suaves e criar vários tipos de camuflagens e sistemas de invisibilidade.

Usando DNA como elemento-chave, Qing-Yuan Lin e seus colegas da Universidade Northwestern, nos EUA, fizeram nanopartículas metálicas de diferentes tamanhos e formas organizarem-se em duas e três dimensões para formar superredes opticamente ativas. Uma superrede é uma estrutura formada por diferentes elementos, diferente da rede atômica de um cristal, formada por um único elemento - um diamante de ouro, por exemplo.

A técnica permite que estruturas com configurações específicas - como elas vão manipular as ondas de luz - possam ser programadas escolhendo o tipo de nanopartícula e o padrão e a sequência de DNA.

"A arquitetura é tudo no projeto de novos materiais, e agora temos uma nova maneira para controlar com precisão arquiteturas de partículas sobre grandes áreas. Químicos e físicos poderão construir um número quase infinito de novas estruturas com todos os tipos de propriedades interessantes. Essas estruturas não podem ser fabricadas por nenhuma técnica conhecida," disse o professor Chad Mirkin, cuja equipe vem há algum tempo usando ligações químicas de DNA para fazer uma espécie de "química artificial".

Superredes

A técnica combina um método de fabricação antigo - a litografia de cima para baixo, a técnica usada para fabricar os chips de computador - com um método recente - a automontagem programável conduzida por DNA. Esta é a primeira vez que os dois são combinados para alcançar o controle individual de partículas em três dimensões.

As nanopartículas modificadas pelo DNA ficam posicionadas em um modelo pré-padronizado feito de DNA complementar. Pode-se fazer pilhas de estruturas introduzindo uma segunda e depois uma terceira partícula modificada de DNA, usando para isso DNA que seja complementar às camadas anteriores.

As superredes resultantes absorvem comprimentos de onda específicos da luz visível. Em um dos testes, uma mudança no comprimento do DNA foi suficiente para alterar a cor da luz refletida de preto para vermelho e depois para verde, demonstrando uma enorme potencialidade de propriedades ópticas.

Metamateriais e metassuperfícies

Essa técnica deverá ser usada para fabricar metamateriais - materiais não encontrados na natureza - para uma variedade de aplicações, incluindo sensores para uso médico e ambiental, mantos de invisibilidade, antenas etc.

"Ajustar as propriedades ópticas dos metamateriais é um desafio significativo, e nosso estudo atinge uma das maiores faixas de ajustabilidade alcançadas até o momento em metamateriais ópticos," disse o professor Koray Aydin. "Nossa nova plataforma para metamateriais é promissora para a fabricação de uma nova geração de metamateriais ópticos e de metassuperfícies".

Bibliografia:

Building superlattices from individual nanoparticles via template-confined DNA-mediated assembly
Qing-Yuan Lin, Jarad A. Mason, Zhongyang Li, Wenjie Zhou, Matthew N. O’Brien, Keith A. Brown, Matthew R. Jones, Serkan Butun, Byeongdu Lee, Vinayak P. Dravid, Koray Aydin, Chad A. Mirkin
Science
Vol.: eaaq0591
DOI: 10.1126/science.aaq0591




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