Notícias

Pesquisadores criam nova metodologia para produzir nanofios de ouro

Cientistas da USP em São Carlos observaram que a estrutura tem um formato de bastão que possibilita aplicações diversas no campo da biomedicina

Pesquisadores do Instituto de Química de São Carlos (IQSC) da Universidade de São Paulo (USP) desenvolveram uma nova metodologia para produzir nanofios de ouro. Produzidos em laboratório a partir da combinação de diferentes agentes e reações químicas, esses nanofios são estruturas que medem bilionésimos de metro e representam um material que tem os mais diversos tipos de aplicação – de chips de computadores até tecnologias para diagnosticar e tratar doenças.

A nova metodologia foi descoberta enquanto os pesquisadores trabalhavam em outra atividade, no projeto de pesquisa do então aluno de doutorado Daniel Angeli de Moares, um dos autores do trabalho. “Estávamos buscando desenvolver uma metodologia para produzir nanoesferas e nanobastões de ouro em meio não aquoso usando solventes orgânicos. A ideia era fazer nanopartículas esféricas e alongadas (bastões), e elas de fato foram produzidas. Porém, em uma das metodologias adotadas, variando alguns parâmetros como concentração de reagentes, temperatura da síntese, agitação, etc, notamos que, ao lavar as partículas para tirar os resíduos de síntese, ficava uma quantidade no fundo do frasco de lavagem que tinha uma cor um pouco diferente”, explica o coordenador do Grupo de Materiais Coloidais do IQSC, Laudemir Varanda.

 

FCC corresponde à estrutura cúbica de face centrada. HCP corresponde à hexagonal compacta. Na figura, elas são mostradas junto com suas células unitárias e as sequências de empilhamento correspondentes para ilustrar sua similaridade com a imagem. Reprodução: Jornal da USP

 

Segundo o professor, o ouro coloidal – que é uma partícula pequena na escala de nanômetros – é vermelho. No resíduo do frasco, havia um tom mais violeta, que mostrava que se tratava de partículas maiores. Então, eles fizeram uma análise, por difração de raio x, que mostrou a estrutura cristalina do composto, o que significa que os átomos de ouro estão arranjados no espaço tridimensional do metal. Daí apareceram sinais que não eram comuns para ouro, já que ele normalmente cresce numa estrutura cristalina, cúbica e de face centrada.
“Nós tínhamos dois sinais que não correspondiam ao ouro comum, pois a estrutura destes era hexagonal compacta”, lembra Varanda. “Na natureza, o ouro não cresce com estrutura hexagonal, mas sim com estrutura cúbica. Isso chamou a atenção”.

Após repetição da síntese e os mesmos resultados, os cientistas aperfeiçoaram a técnica para conseguir somente estes fios – que apresentavam a estrutura semelhante a um bastão comprido, como um fio ou arame, mas sem nenhuma outra partícula esférica junto, – e foram investigar porque eles estavam crescendo com uma forma anormal na natureza. Nessa etapa da pesquisa, contaram com a participação de um outro aluno que também fazia doutorado na época no Grupo de Pesquisa, o Dr. João Batista Souza Júnior, que ajudou na interpretação dos resultados para compreender o arranjo diferente dos átomos de ouro nos nanofios.

O professor explica que há várias maneiras de se fazer nanomateriais de ouro. O que se destaca neste trabalho é obtê-lo com estrutura cristalina diferente do que se observa normalmente. Além disso, conseguiram explicar como ela se forma com auxílio de microscópios eletrônicos mais poderosos (que permitem enxergar o posicionamento dos átomos na estrutura do material) e cálculos mais refinados para analisar a estrutura cristalina do material. Essas etapas foram feitas em parcerias com o Laboratório Nacional de Nanotecnologia e com a Universidade Federal do ABC.

Ouro vermelho, azul, violeta?
Quando se fala sobre materiais, principalmente em escalas nanométricas, os químicos consideram que a propriedade do material depende muito da forma, tamanho e estrutura cristalina. E todos estão acostumados a ver ouro amarelo, certo?
Mas quando a partícula é muito pequena, ela fica vermelha. Isso acontece porque muda a propriedade ótica. “Há uma quantidade de átomos menor na partícula que faz com que a gente tenha efeitos óticos que, em vez de refletir para a gente a luz amarela, reflete na região do vermelho. Então, estes fios, como são mais compridos, alongados, eles refletem na região mais azulada. Por isso, a cor fica violeta”.

Mas além das cores, todas as propriedades mudam com a estrutura cristalina encontrada. Agora os pesquisadores estão a um passo de investigar outras propriedades. Isso se faz necessário porque algumas delas são bastante diferentes daquelas encontradas no ouro convencional, justamente por causa da estrutura modificada que os nanofios têm. Neste momento, os cientistas estão trabalhando na tentativa de melhorar o rendimento da síntese.

“Nós precisamos que o reagente se converta nestes fios. Porque uma boa parte dele ainda fica esférico, é necessário separar”, detalha o professor. Além disso, os pesquisadores estão estudando todas as propriedades para saber onde o material pode ser aplicado, conhecer bem tais características e saber o quão diferentes são do ouro tradicional. “Algumas já se mostraram diferentes, mas agora precisamos entender o que esta mudança de estrutura está fazendo com o material”.

Aplicações na biomedicina
Há várias aplicações para o ouro nanométrico. Mas o fato de a estrutura dos nanofios ser mais alongada torna as aplicações diferentes também. A descoberta da nova metodologia abre portas para aplicações na área da biomedicina. “Pode servir como um biosensor usado para ressonância magnética e tomografia como agente de contraste, quando se quer evidenciar tecidos que respondem ao campo magnético. Mas estamos falando agora de tentar evidenciar tecidos que vão responder ao campo ótico”, explica Varanda.

Outra possível aplicação seria para detectar moléculas no sangue – só que com um poder de quantificação e de análise 10 vezes maior. E outra possibilidade é usar como terapia de hipertermia – tratamento alternativo para cura do câncer que se baseia no superaquecimento da região do tumor, facilitando a morte das células malignas. Mas, no caso do ouro, o tratamento seria por hipertermia ótica. “Se esta partícula estiver perto de um tumor cancerígeno, por exemplo, a gente consegue com o laser excitar esta partícula, os elétrons começam a se mexer e eles dissipam esta energia em forma de calor. E as células tumorais morrem por causa do calor. As células sadias ficam intactas porque as células tumorais começam a morrer em temperaturas acerca de 42 graus, e as sadias resistem até 45, 46”, detalha. O professor ressalta que a parte de diagnóstico já é possível ser aplicada. Mas as possibilidades de tratamento citadas ainda estão em fase de pesquisa.