Um avanço na pesquisa sobre propriedades capazes de tornar um material invisível foi obtida com nanopartículas de óxido de cobalto sintetizadas na presença do aminoácido L-cisteína.
O trabalho foi tema do artigo Chiromagnetic nanoparticles and gel, publicado nesta quinta-feira (18/01) pela revista Science. É resultado de uma colaboração internacional iniciada há três anos que reúne pesquisadores da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar) e University of Michigan, nos Estados Unidos, por meio dos grupos liderados por André Farias de Moura e Nicholas Kotov, respectivamente.
A colaboração se deu no âmbito do Centro de Desenvolvimento de Materiais Funcionais (CDMF) – um Centro de Pesquisa, Inovação e Difusão (CEPID) apoiado pela FAPESP –, que viabilizou a vinda do professor Kotov ao Brasil em 2012.
Mesmo antes de a ciência compreender que a luz era uma onda eletromagnética, o que foi traduzido matematicamente pelas equações que o escocês James Clerk Maxwell (1831-1879) desenvolveu na década de 1860, já havia conhecimento tecnológico suficiente para produzir materiais com algumas ou todas as propriedades que definem algo como invisível.
Mas a capacidade de ligar e desligar cada uma das formas de interação da luz com um material mostrou-se uma tarefa muito difícil ao longo dos anos – ainda mais difícil quando se trata de ligar e desligar muitas vezes seguidas, sem esgotar a capacidade de o material mudar de visível para invisível, e quase impossível quando se pretende algum tipo de controle do grau de invisibilidade do material. O que fazer, então?
O inglês Michael Faraday (1791-1867) já havia demonstrado, em 1845, que o campo magnético de um ímã podia mudar a interação de qualquer material com a luz, fazendo o feixe de luz girar sobre seu próprio eixo, de modo semelhante ao que se observava na mesma época para certas substâncias chamadas de “quirais” – isto é, que não podiam ser sobrepostas às suas imagens especulares.
Moura e Kotov buscaram um material que tivesse ao mesmo tempo as propriedades de quiralidade e magnetização, e, com isso, conseguiram fazer o material opaco ficar transparente usando um campo magnético.
Moura adverte que isso ainda não torna o material pesquisado invisível. “Mas, para aplicações tecnológicas diversas, já é um avanço fantástico sermos capazes de mudar o material de opaco para transparente e de volta para opaco”, disse.
“Por exemplo, podemos ligar e desligar a conexão entre duas fibras ópticas transmitindo dados, e isso vai facilitar em muito a construção de redes de dados em um futuro próximo. Também podemos ter um botão liga-desliga para reações químicas que dependem da luz. Ou podemos aumentar o controle sobre terapias fotodinâmicas para doenças como câncer. Ainda não atingimos o alvo, mas parece que já estamos no caminho correto”, disse.
Magnetismo e quiralidade
A síntese e a caracterização experimental de nanopartículas de óxido de cobalto na fase de espinélio (grupo de minerais) foi realizada na University of Michigan. Trata-se de um material cerâmico já bastante estudado por conta de suas propriedades magnéticas.
No entanto, a presença do aminoácido natural cisteína durante a síntese foi escolha experimental fundamental para abrir todo um leque de aplicações possíveis. “A cisteína é um dos aminoácidos naturais e, como tal, só ocorre na natureza em uma de suas formas quirais, a L-cisteína”, explicou Moura.
Os dados experimentais mostraram que a molécula biológica transfere sua quiralidade para as nanopartículas de cerâmica. E que essa impressão quiral se mantém estável mesmo se as moléculas do aminoácido forem removidas.
Modelagem computacional, realizada na UFSCar com o uso do supercomputador brasileiro SDumont, demonstrou de maneira detalhada e precisa onde e como as moléculas de cisteína se ligam às nanopartículas de óxido de cobalto, como essas estruturas vibram e se movem e como os elétrons se reorganizam quando a luz é absorvida, o que é fundamental para diversas aplicações potenciais.
A combinação de magnetismo e quiralidade foi a pedra de toque do trabalho e deve levar à prospecção de outras cerâmicas com propriedades magnéticas e de outras moléculas quirais, com o objetivo de otimizar o efeito conhecido como “dicroísmo circular magnético”, que é a propriedade utilizada para controlar a transparência do material na presença de campos magnéticos e também a sua atividade catalítica na presença de luz.
“Dando sequência à pesquisa, esperamos formar uma biblioteca de nanopartículas quirais diversas, que serão usadas como blocos de montagem para estruturas maiores e mais complexas, e com um controle ainda maior da interação do material com a luz. Esse será um grande objetivo nos próximos anos, tanto na síntese e caracterização experimental dos novos materiais, como na modelagem computacional de suas propriedades e funcionalidades”, disse Moura.
O artigo Chiromagnetic nanoparticles and gels (doi: 10.1126/science.aao7172), de Jihyeon Yeom, Uallisson S. Santos, Mahshid Chekini, Minjeong Cha, André F. de Moura e Nicholas A. Kotov, está publicado em http://science.sciencemag.org/content/359/6373/309.
* Com informações do Centro de Desenvolvimento de Materiais Funcionais (CDMF).
Agência FAPESP *
