Cientistas constroem "câmera" para observar reações químicas em tempo real

Nem o mais potente microscópio já inventado consegue chegar próximo de enxergar as reações químicas moleculares, dado o tamanho ínfimo dessas partículas. Apesar disso, com o apoio da nanotecnologia, cientistas da Universidade de Cambridge, no Reino Unido, criaram uma técnica para acompanhar cada acontecimento desse em tempo real, oferecendo uma "visão" inédita até então.

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O dispositivo, na verdade, é uma mistura de nanopartículas de ouro, nanocristais semicondutores — chamados pontos quânticos — e uma "cola molecular" de nome cucurbituril. Esse conjunto de substâncias passa por um processo específico que cria uma substância única e capaz de revelar exatamente os acontecimentos decorrentes da integração entre várias moléculas em uma reação.

Essa descoberta foi publicada na revista Nature Nanotechnology e chama a atenção por permitir a observação em uma escala tão pequena que nenhum aparelho atual é capaz de alcançar. Embora não seja uma câmera fotográfica propriamente dita, com lentes ou flash, a técnica funciona como tal porque permite analisar comportamentos a partir do monitoramento de reações de vários compostos químicos simultâneos.

Construção da câmera

Controlar o processo de arranjo molecular é algo bastante complexo porque as escalas são minúsculas e a intervenção humana, neste caso, é restrita. No entanto, os pesquisadores descobriram que esse processo pode ser facilitado ao colocar os componentes em água na temperatura ambiente: quando adicionados à "substância da vida", os componentes se montam em segundos em uma ferramenta estável e poderosa que permite o monitoramento em tempo real das reações químicas.

No primeiro teste, a equipe notou que as nanopartículas de ouro ficaram fora de controle e saíram da solução aquosa, o que arruinou o experimento. Ao perceberem isso, os cientistas adicionaram os pontos quânticos (nanocristais semicondutores), o que permitiu a limitação e o controle molecular por intermédio de um procedimento chamado agregação autolimitante interfacial. O processo resulta em materiais híbridos permeáveis ​​e estáveis ​​que interagem com a luz.

A "câmera" foi usada para observar a fotocatálise e rastrear a transferência de elétrons induzida pela iluminação. “Essa propriedade autolimitada foi surpreendente, não era nada que esperávamos ver”, disse a coautora do estudo Jade McCune, química da Universidade de Cambridge. “Descobrimos que a agregação de um componente nanoparticulado pode ser controlada através da adição de outro componente nanoparticulado.”

Funcionamento da câmera

O mecanismo desenvolvido pelos pesquisadores funciona a partir da coleta de luz dentro dos semicondutores, o que induz processos de transferência de elétrons, como aqueles que ocorrem na fotossíntese, e permitem o monitoramento com sensores de nanopartículas de ouro incorporados e técnicas espectroscópicas. Os pesquisadores foram capazes de usar a câmera para observar espécies químicas que haviam sido teorizadas anteriormente, mas jamais vistas diretamente.

Essa observação ocorreu por intermédio da espectroscopia, técnica que leva em conta a variação de cores da luz para acompanhar as reações químicas em tempo real. Usando a câmera, eles puderam notar a formação de espécies radicais — uma molécula com um elétron desemparelhado — e produtos de sua montagem, como viológenos diméricos, nos quais dois radicais formam uma ligação reversível carbono-carbono.

Essa técnica inovadora poderá ser usada para estudar uma ampla gama de moléculas para aplicações potenciais, tais como a melhoria da fotocatálise e placas fotovoltaicas para energia solar renovável. A equipe também planeja aprofundar os estudos na formação de ligações carbono-carbono, bem como em interfaces de eletrodos para aplicações em baterias.

Fonte: Nature Nanotechnology