Pesquisador do CDMF tem artigo publicado na Science

Pesquisador do CDMF tem artigo publicado na Science
Um avanço na pesquisa sobre propriedades capazes de tornar um material invisível é tema do…

19JAN2018|  7:05 - José Angelo Santilli - Foto:  © José Angelo Santilli

Já imaginou se o avião invisível da Mulher Maravilha fosse real? E se fosse possível ligar e desligar a invisibilidade, como o carro do herói/vilão Megamente? Parece coisa de criança, mas fora do mundo da ficção cientistas têm trabalhado na busca destas tecnologias há muito tempo. Mas como definir o que seria um material? Uma resposta bem simples e ainda assim correta para esta pergunta seria dizer que a luz não reflete nesse material (como em um espelho), não se espalha (como no leite) e não muda de cor (como em um vidro colorido).

Um avanço na pesquisa sobre propriedades capazes de tornar um material invisível é tema do artigo “Chiromagnetic nanoparticles and gel”, publicado esta semana pela Science, uma das revistas acadêmicas mais prestigiadas do mundo. O trabalho resulta de pesquisa em cooperação internacional iniciada há três anos entre pesquisadores da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar) e da Universidade de Michigan (EUA), através dos grupos de pesquisa dos professores André Farias de Moura e Nicholas Kotov, respectivamente. Essa colaboração só foi possível graças ao apoio do Centro de Desenvolvimento de Materiais Funcionais (CDMF), um dos Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão (CEPID) apoiados pela FAPESP, que viabilizou a vinda do professor Kotov ao Brasil em 2012.

Mesmo antes de a ciência compreender que a luz é uma onda eletromagnética, o que foi demonstrado pela primeira vez pelas equações que James Clerk Maxwell desenvolveu na década de 1860, já havia conhecimento tecnológico para fazermos materiais com algumas ou todas estas propriedades que definem algo como sendo invisível, mas a capacidade de ligarmos e desligarmos cada uma destas formas de interação da luz com um material se mostrou uma tarefa muito mais difícil ao longo dos anos, e mais difícil se for para sermos capazes de ligarmos e desligarmos muitas e muitas vezes seguidas, sem esgotar esta capacidade do material de mudar de visível para invisível, e ainda mais difícil se for para termos o controle do grau de invisibilidade do material, com algum botão que possa ser girado e mude continuamente a interação do material com a luz. Como fazer isso então?

Michael Faraday já havia demonstrado em 1845 que o campo magnético de um ímã podia mudar a interação de qualquer material com a luz, fazendo o feixe de luz girar sobre seu próprio eixo, semelhante ao que se observava na mesma época para certas substâncias chamadas quirais.

Com essas ideias em mente, Moura e Kotov buscaram um material que tivesse ao mesmo tempo as propriedades de quiralidade e magnetização, e com isso conseguiram fazer o material opaco ficar transparente usando um campo magnético.

Moura adverte que, infelizmente, isso ainda não torna o material pesquisado invisível. “Mas para aplicações tecnológicas diversas já é um avanço fantástico sermos capazes de mudar o material de opaco para transparente e de volta para opaco. Por exemplo, podemos ligar e desligar a conexão entre duas fibras ópticas transmitindo dados, e isso vai facilitar em muito a construção de redes de dados num futuro próximo. Também poderíamos ter um botão liga-desliga para reações químicas que dependem da luz ou poderíamos aumentar nosso controle em terapias fotodinâmicas para doenças como câncer. Ainda não são aviões e carros invisíveis, mas parece que estamos na direção certa”, pontua o pesquisador brasileiro.

A síntese e a caracterização experimental das nanopartículas de óxido de cobalto na fase espinélio foi realizada na Universidade de Michigan, o que não chega a ser uma novidade em si, pois se trata de um material cerâmico já bastante estudado por conta de suas propriedades magnéticas. Entretanto, a presença de um aminoácido natural durante a síntese foi a escolha experimental fundamental para dar não só novidade à investigação mas, principalmente, para abrir todo um leque de aplicações possíveis. “A cisteína é um dos aminoácidos naturais e como tal somente ocorre na natureza em uma de suas formas quirais, o enantiômero L-cysteína”, explica Moura.

De fato, os dados experimentais confirmaram que a molécula biológica quiral havia transferido sua quiralidade para as nanopartículas de cerâmica e que esta impressão quiral era estável mesmo se as moléculas de aminoácido fossem removidas. Neste ponto, entra em cena a modelagem computacional, integralmente realizada na UFSCar com o uso do supercomputador brasileiro SDumont (LNCC/MCTI). Moura enfatiza mais uma vez a importância do CDMF tanto na aprovação da alocação premium junto ao supercomputador SDumont como em propiciar um ambiente científico rico e diverso para fomentar o desenvolvimento de modelos realistas e inovadores de materiais nanoestruturados.

O papel da modelagem foi central na investigação, ao demonstrar de maneira detalhada e precisa onde e como as moléculas de cisteína se ligam às nanopartículas de óxido de cobalto, além dos pesquisadores terem apresentado uma descrição detalhada da forma como essas estruturas vibram e se movem e como os elétrons se reorganizam quando a luz é absorvida, o que é fundamental para diversas aplicações potenciais, como a fotocatálise de moléculas.

De um modo geral, essa combinação de magnetismo e quiralidade é a pedra de toque deste trabalho e deve levar à investigação de outras cerâmicas com propriedades magnéticas e outras moléculas quirais, buscando-se otimizar ao máximo o efeito conhecido como dicroísmo circular magnético, que é a propriedade utilizada neste trabalho para se controlar a transparência do material na presença de campos magnéticos e também a sua atividade catalítica na presença de luz.

“Espera-se desta continuação da pesquisa que possamos formar uma biblioteca de nanopartículas quirais diversas, as quais serão usadas como blocos de montagem para estruturas maiores e mais complexas, e com um controle ainda maior da interação do material com a luz. Este será um grande esforço de pesquisa nos próximos anos, tanto na síntese e caracterização experimental destes novos materiais, como na modelagem computacional de suas propriedades e funcionalidades”, finaliza Moura.

Os outros autores que assinam o artigo são Jihyeon Yeom, Uallisson S. Santos, Mahshid Chekini, Minjeong Cha e Nicholas A. Kotov.

Science 19 jan 2018

 volume 359, issue 6373, pages 309-313.

Link (disponível em 19/01): http://science.sciencemag.org/cgi/doi/10.1126/science.aao7172

Veja mais:

Site do CDMF:

http://cdmf.org.br/

Youtube:

https://www.youtube.com/watch?v=X3HEgnWwWUM

Contato com o pesquisador:

Prof. Dr. André Farias de Moura
Department of Chemistry
Federal University of São Carlos
São Carlos – Brazil
phone: +55-16-3351-8090

Laboratório (16) -3351-8063