Laboratório Nacional
de Luz Síncrotron

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Ciência

Nanoestruturas Porosas Inspiradas em Sistemas Biológicos

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Pesquisa busca reproduzir a morfologia de sistemas biológicos complexos em escala nanométrica para fins tecnológicos


Estruturas biológicas complexas possibilitam desde a sobrevivência de minúsculos organismos marinhos como o plâncton até as funções vitais em nosso organismo. A morfologia desses sistemas tem fascinado tanto arquitetos quanto cientistas, e sua reprodução em escala nanométrica poderia ser muito útil para fins tecnológicos. Este tipo de estrutura já é considerado candidato para aplicações em catalise química, filtros de ar para eliminação de vírus, e membranas para purificação de água e separação de proteínas.

Por isso, pesquisadores do Laboratório de Nanoestruturas e Membranas Poliméricas da King Abdullah University of Science and Technology (KAUST), Arábia Saudita, liderados por Suzana Nunes, demostraram [1] pela primeira vez um método simples para obter estruturas hierárquicas complexas, organizadas de forma semelhante aos favos de uma colmeia de abelhas, com cavidades globulares em escala micrométrica.

Imagem 3D de estruturas poliméricas com poros em escala micro e nanométrica.

As cavidades são interconectadas por poros extremamente regulares com dimensões de 15 nanômetros, tais como aqueles observados em certos plânctons.

O método de preparação utiliza soluções de copolímeros em bloco, como poliestireno-b-poli(acrilato de butila).  A solução inicialmente homogênea sofre uma separação de fases em escala microscópica, que se completa e solidifica por simples e rápida imersão em água.

A confirmação da morfologia desses materiais foi essencial para este desenvolvimento. Combinando técnicas de tomografia e microscopia eletrônica de transmissão, foram obtidas imagens com reconstrução em três dimensões para a caracterização dos nanoporos destas estruturas. Já através de experimentos na linha de luz SAXS1 de Espalhamento de Raios X a Baixos Ângulos do Laboratório Nacional de Luz Sincrotron (LNLS), foi possível confirmar que as moléculas de copolímeros se arranjam de forma hexagonal ordenada em solução.

Os resultados contribuíram para a optimização do processo, identificando o solvente, aditivos e as concentrações de polímero mais adequadas para a obtenção da estrutura hierárquica perfeita.

Fontes:

[1] S. Chisca, V.-E. Musteata, R. Sougrat, A. R. Behzad, S. P. Nunes, Artificial 3D hierarchical and isotropic porous polymeric materials, Science Advances 2018, 4, eaat0713. DOI: 10.1126/sciadv.aat0713

[2] V.-E. Musteata, S. Chisca, F. Meneau, D.-M. Smilgies, S. P. Nunes, Faraday Discuss., 2018,209, 303-314. DOI:10.1039/c8fd00015h