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Algumas moléculas existem em duas formas, de modo que suas estruturas e suas imagens especulares não são superponíveis, como nossas mãos esquerda e direita. Chamada de quiralidade, é uma propriedade que essas moléculas possuem devido à sua assimetria. Moléculas quirais tendem a ser opticamente ativas por causa de como elas interagem com a luz. Muitas vezes, apenas uma forma de uma molécula quiral existe na natureza, por exemplo, o DNA. Curiosamente, se uma molécula quiral funcionar bem como um medicamento, sua imagem espelhada pode ser ineficaz para a terapia.
Ao tentar produzir quiralidade artificial em laboratório, uma equipe liderada por químicos da Universidade da Califórnia, em Riverside, descobriu que a distribuição de um campo magnético é quiral.
“Descobrimos que as linhas do campo magnético produzidas por qualquer ímã, incluindo um ímã em barra, têm quiralidade”, disse Yadong Yin, professor de química que liderou a equipe. “Além disso, também fomos capazes de usar a distribuição quiral do campo magnético para persuadir as nanopartículas a formar estruturas quirais”.
Tradicionalmente, os pesquisadores usaram “modelagem” para criar uma molécula quiral. Uma molécula quiral é usada pela primeira vez como modelo. As nanopartículas aquirais (ou não quirais) são então montadas neste modelo, permitindo-lhes imitar a estrutura da molécula quiral. A desvantagem desta técnica é que ela não pode ser aplicada universalmente, sendo fortemente dependente da composição específica da molécula molde. Outra deficiência é que a estrutura quiral recém-formada não pode ser facilmente posicionada em um local específico, digamos, em um dispositivo eletrônico.
“Mas para obter um efeito óptico, você precisa de uma molécula quiral para ocupar um determinado lugar no dispositivo”, disse Yin. “Nossa técnica supera essas desvantagens. Somos capazes de formar rapidamente estruturas quirais reunindo magneticamente materiais de qualquer composição química em escalas que variam de moléculas a nano e microestruturas”.
Yin explicou que o método de sua equipe usa ímãs permanentes que giram consistentemente no espaço para gerar a quiralidade. Ele disse que a transferência de quiralidade para moléculas aquirais é feita por dopagem, que é a incorporação de espécies hóspedes, como metais, polímeros, semicondutores e corantes nas nanopartículas magnéticas usadas para induzir a quiralidade.
Os resultados do estudo aparecem hoje na revista Ciência.
Yin disse que os materiais quirais adquirem um efeito óptico quando interagem com a luz polarizada. Na luz polarizada, as ondas de luz vibram em um único plano, reduzindo a intensidade geral da luz. Como resultado, as lentes polarizadas nos óculos de sol cortam o brilho de nossos olhos, enquanto as lentes não polarizadas não.
“Se mudarmos o campo magnético que produz a estrutura quiral de um material, podemos mudar a quiralidade, que então cria cores diferentes que podem ser observadas através das lentes polarizadas”, disse Yin. “Essa mudança de cor é instantânea. A quiralidade também pode desaparecer instantaneamente com nosso método, permitindo um ajuste rápido da quiralidade.”
As descobertas podem ter aplicações na tecnologia antifalsificação. Um padrão quiral que significa a autenticidade de um objeto ou documento seria invisível a olho nu, mas visível quando visto através de lentes polarizadas. Outras aplicações das descobertas são na detecção e no campo da optoeletrônica.
“Dispositivos optoeletrônicos mais sofisticados podem ser feitos aproveitando a capacidade de ajuste da quiralidade que nosso método permite”, disse Zhiwei Li, o primeiro autor do artigo e ex-aluno de pós-graduação no laboratório de Yin. “No que diz respeito à detecção, nosso método pode ser usado para detectar rapidamente moléculas quirais ou aquirais ligadas a certas doenças, como câncer e infecções virais”.
Yin e Li foram acompanhados na pesquisa por uma equipe de estudantes de pós-graduação no laboratório de Yin, incluindo Qingsong Fan, Zuyang Ye, Chaolumen Wu e Zhongxiang Wang. Li é agora um pesquisador de pós-doutorado na Northwestern University em Illinois.
A pesquisa foi financiada por uma bolsa para Yin da National Science Foundation. O UCR Office of Technology Partnerships entrou com um pedido de patente relacionado a este trabalho.
O trabalho de pesquisa é intitulado “Uma abordagem de montagem magnética para superestruturas quirais”.
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