Nova classe de nanopartículas orgânicas mostra-se promissora para diversas aplicações

As nanopartículas têm uma ampla variedade de aplicações, desde a administração de medicamentos até a eletrônica e a purificação do ar. Seu tamanho pequeno e propriedades ajustáveis ​​as tornam particularmente valiosas para avanços tecnológicos e pesquisas científicas. Quando polímeros feitos de nanopartículas são enxertados juntos, a funcionalidade dos materiais pode ser melhorada.

Nanopartículas orgânicas (oNP) são quimicamente mais versáteis do que suas contrapartes inorgânicas, permitindo funcionalização e personalização para atender aplicações biomédicas e tecnológicas específicas. No entanto, os materiais existentes eram limitados em termos de suas propriedades mecânicas e capacidade de ajuste químico.

Um estudo recente publicado pela Anais da Academia Nacional de Ciências (PNAS) examina o impacto da hiperramificação e da reticulação química do oNP, um processo pelo qual os dois mecanismos combinados alcançam uma rede de ligação densa.

Liderados pelo corpo docente da Carnegie Mellon, Krzysztof Matyjaszewski do Departamento de Química e Michael Bockstaller do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais, os resultados da pesquisa demonstram a capacidade de regular atributos funcionais e propriedades elásticas, tornando a nova abordagem “bottom-up” adequada para criar materiais funcionais para uma ampla gama de aplicações. O trabalho, que foi apoiado pelo Departamento de Energia, Escritório de Ciências Básicas de Energia e realizado em colaboração com pesquisadores da Universidade de Houston e do Instituto Max Planck de Pesquisa de Polímeros na Alemanha, avança a compreensão fundamental dos parâmetros que controlam as propriedades dos oNPs e os métodos químicos que permitem sua síntese.

“Por meio da combinação desses processos, conseguimos demonstrar a capacidade das nanopartículas orgânicas de exibir rigidez do tipo inorgânico”, disse Bockstaller.

Esse nível avançado de controle da estrutura e das propriedades dos oNPs foi possibilitado por um método novo e preciso para a síntese de nanopartículas funcionais usando polimerização radicalar por transferência de átomos (ATRP), desenvolvido pelo estudante de doutorado em química Rongguan Yin, o primeiro autor do estudo.

“As nanopartículas orgânicas funcionalizadas, projetadas e preparadas com precisão pelo ATRP, são, na verdade, novas macromoléculas gigantescas, com massa molar atingindo valores de 100 milhões de Daltons”, disse Matyjaszewski.

Uma característica importante do novo sistema oNP são suas características de macroiniciador que permitem a modificação versátil do enxerto. Os oNPs brush-tethered resultantes desbloqueiam aplicações inovadoras em uma gama de tecnologias de nanomateriais por meio de montagem direta ou integração.

“A incorporação das funcionalidades descritas neste trabalho abre a porta para que nanopartículas orgânicas melhorem ainda mais as propriedades ópticas em materiais”, disse Bockstaller.

Pesquisas futuras dos grupos Bockstaller e Matyjaszewski se basearão nesta pesquisa para explorar ainda mais oportunidades de funcionalização, como fluorescência, para esta nova classe de oNPs e medir seu desempenho em aplicações práticas.