Microparta­culas sintanãticas mais complexas do que algumas das mais complicadas encontradas na natureza foram produzidas por uma equipe internacional liderada pela Universidade de Michigan. Eles também investigaram como essa complexidade surge e criaram uma maneira de medi-la.

As descobertas abrem caminho para misturas mais esta¡veis ​​de fluidos epartículas, como tintas, e novas maneiras de distorcer a luz - um pré-requisito para projetores hologra¡ficos.

Aspartículas são compostas por pontas torcidas dispostas em uma bola de alguns ma­crons, ou milionanãsimos de mila­metro.

A biologia éum grande criador de complexidade nas nano e micro escalas, com estruturas pontiagudas, como pa³len de plantas, células imunes e alguns va­rus. Entre aspartículas naturais mais complexas na escala das novaspartículas sintanãticas estãoos coccolita³foros pontiagudos. Com alguns ma­crons de dia¢metro, esse tipo de alga éconhecido por construir intrincadas conchas de calca¡rio em torno de si. Para entender melhor as regras que governam comopartículas como essas crescem, cientistas e engenheiros tentam fazaª-las no laboratório. Mas atéagora, não havia uma maneira formalizada de medir a complexidade dos resultados.

"Os números governam o mundo, e a capacidade de descrever rigorosamente formas pontiagudas e colocar um número em complexidade nos permite usar novas ferramentas como inteligaªncia artificial e aprendizado de ma¡quina no projeto de nanoparta­culas", disseram Nicholas Kotov, Joseph B. e Florence V. Cejka. Professor de engenharia da UM, que liderou o projeto.

A equipe - que inclui pesquisadores da Universidade Federal de Sa£o Carlos e da Universidade de Sa£o Paulo no Brasil, bem como do Instituto de Tecnologia da Califórnia e da Universidade da Pensilva¢nia - usou a nova estrutura para demonstrar que suaspartículas eram ainda mais complicadas do que coccolita³foros.

O braa§o computacional da equipe, liderado por AndréFarias de Moura, professor de química da Universidade Federal, investigou as propriedades qua¢nticas daspartículas e as forças que atuam nos blocos de construção em nanoescala.

Um dos principais atores na produção de complexidade pode ser a quiralidade - nesse contexto, a tendaªncia a seguir um giro no sentido hora¡rio ou anti-hora¡rio. Eles introduziram a quiralidade atravanãs do revestimento de folhas de sulfeto de ouro em nanoescala, que serviram como seus blocos de construção departículas, com um aminoa¡cido chamado cistea­na. A cistea­na vem em duas formas de imagem no espelho, uma levando as folhas de ouro a empilhar com uma torção no sentido hora¡rio e a outra tendendo a uma torção no sentido anti-hora¡rio. No caso da parta­cula mais complexa , uma bola pontiaguda com espinhos retorcidos, cada folha de ouro era revestida com a mesma forma de cistea­na.

E essa complexidade pode ser útil. Picos em nanoescala empartículas como o pa³len os impedem de se aglomerar. Da mesma forma, os picos nessaspartículas produzidos pela equipe de pesquisa os ajudam a dispersar praticamente qualquer la­quido, uma propriedade que éútil para estabilizar misturas sãolido / la­quido, como tintas.

As microparta­culas com pontas torcidas também recebem luz UV e emitem luz visível torcida - ou polarizada circularmente - em resposta.

"O entendimento dessas emissaµes foi uma das partes mais difa­ceis da investigação", disse de Moura.

A partir dos resultados dos experimentos e simulações, parece que a energia UV foi absorvida no coração daspartículas e transformada atravanãs de interações meca¢nicas qua¢nticas, tornando-se luz visível polarizada circularmente no momento em que deixou os picos curvos.

Os pesquisadores acreditam que as ta¡ticas que eles descobriram podem ajudar os cientistas a projetarpartículas que melhoram os biossensores, a eletra´nica e a eficiência das reações químicas.

O estudo éintitulado "Emergaªncia da complexidade empartículas quirais organizadas hierarquicamente" e épublicado na revista Science.