Grafeno é invisível para a água e opaco para a luz!!!

O esquema do experimento e a membrana de óxido de grafeno, com 1 micrômetro de espessura.[Imagem: Nair et al./Science]

Grafeno funcionalizado

O grafeno continua a mostrar suas estranhas e promissoras propriedades.

Depois de se mostrar invisível para a água quando posto sobre uma superfície, ele demonstrou ser impermeável para todos os gases e líquidos quando posto sobre um furo, ou seja, quando transformado em uma membrana.

De forma surpreendente, a equipe que ganhou o Prêmio Nobel de Física pela sua descoberta demonstrou também que a água se evapora através do grafeno praticamente como se ele não estivesse lá.

Está certo que não era exatamente grafeno puro, mas óxido de grafeno, ou grafeno funcionalizado - uma folha de grafeno coberta com moléculas do grupo hidroxila (OH-).

O óxido de grafeno forma laminados com várias camadas de espessura, mas ainda na categoria dos chamados filmes finos.

Invisível para a água

Quando um recipiente é selado com esse filme, nem mesmo o mais sensível equipamento existente consegue detectar a saída de ar ou de qualquer outro gás, incluindo o hélio.

O gás hélio consegue escapar lentamente mesmo quando é coberto por uma lâmina de vidro de 1 milímetro de espessura, mas não passa pelo filme de grafeno funcionalizado.

Mas coloque a incrível água lá dentro - e os cientistas estão longe de entender todas as propriedades da água - e ela evapora como se o filme de grafeno não estivesse lá.

Na verdade, a água se evapora exatamente na mesma velocidade, esteja a membrana lá ou não.

"Essa propriedade única pode ser usada em situações onde é necessário remover a água de uma mistura ou recipiente, mas deixando lá dentro todos os outros ingredientes," propõe a Dra. Irina Grigorieva, membro da equipe na Universidade de Manchester, no Reino Unido.

Nanodiscos de grafeno absorvem completamente a luz. [Imagem: PhysicsWorld]

Opaco para a luz

Uma outra equipe, em um trabalho independente, descobriu que o grafeno pode ser usado para criar um absorvedor perfeito de luz.

Ou seja, se ele é transparente para a água, o grafeno não deixa nenhuma luz passar quando é cortado em círculos e montado em uma estrutura periódica.

Isto pode levar ao desenvolvimento de novos aparelhos detectores de luz, particularmente na região do infravermelho, justamente onde as tecnologias atuais não se dão bem.

O que surpreendeu nesta descoberta é que os materiais convencionais precisam ter uma espessura de milhares de átomos para absorver completamente a luz. O grafeno faz isto com uma camada de um único átomo.

"A camada em questão é feita com grafeno disposto em uma estrutura periódica de nanodiscos," explica o Dr. García de Abajo, do Instituto de Pesquisas Fotônicas, na Espanha, coordenador da equipe.

A estrutura confina a luz em regiões que são centenas de vezes menores do que o comprimento de onda da luz, o que ocorre graças aos plásmons de superfície, oscilações coletivas quantizadas de elétrons no interior do nanodisco.

Para que o mecanismo funcione, o grafeno deve estar eletricamente carregado. E o comprimento de onda - a cor da luz - que o grafeno retém depende da intensidade dessa carga elétrica.

Bibliografia:

Unimpeded Permeation of Water Through Helium-Leak-Tight Graphene-Based Membranes

R. R. Nair, H. A. Wu, P. N. Jayaram, I. V. Grigorieva, A. K. Geim

Science

Vol.: 335 no. 6067 pp. 442-444

DOI: 10.1126/science.1211694

Complete Optical Absorption in Periodically Patterned Graphene

Sukosin Thongrattanasiri, Frank H. L. Koppens, F. Javier García de Abajo

Physical Review Letters

Vol.: 108, 047401

DOI: 10.1103/PhysRevLett.108.047401

Inovação tecnológica!!!

O nano-ouvido é formado por uma única nanopartícula de ouro mantida em um estado de levitação por um raio laser.[Imagem: Ohlinger et al./PRL]

Som do silêncio

Que ruído faz uma pulga ao andar? Que tipo de onda sonora emite uma bactéria ao se mover?

Cientistas da Universidade de Munique criaram um "nano-ouvido", o mais sensível sensor acústico já criado, que é capaz de detectar esses e outros sons em um mundo até hoje encarado como absolutamente silencioso, muito abaixo do limiar do ouvido humano.

Segundo os pesquisadores, o novo sensor acústico pode abrir um campo de pesquisas totalmente novo, que eles de chamam de "microscopia acústica", no qual os organismos serão estudados pelos sons que eles emitem.

O nano-ouvido dará novas informações sobre movimentos, até agora imperceptíveis, de células, organelas de células, ou de objetos microscópicos artificiais.

"Com nosso nano-ouvido nós construímos um nanomicrofone que nos permitiu chegar mais perto do que nunca dos objetos microscópicos," afirmou Alexander Ohlinger, um dos criadores do aparelho.

Menor ouvido do mundo

O nano-ouvido é formado por uma única nanopartícula de ouro mantida em um estado de levitação por um raio laser.

Ondas sonoras em escalas inimaginavelmente pequenas são suficientes para fazer a nanopartícula se mover - a partícula oscila paralelamente à direção da propagação do som.

A magnitude desse movimento pode então ser detectada pela influência que ele causa sobre a luz do laser.

Isso permitiu que os cientistas ouvissem sons até então imperceptíveis - na verdade, eles conseguem "ver os sons", observando os gráficos produzidos pelo aparelho.

O equipamento de captação dos "infra-sons" consiste em um microscópio de campo escuro e de uma câmera digital comum, um aparato sem qualquer tecnologia futurística, apenas tirando proveito da tecnologia das chamadas pinças ópticas.

O nano-ouvido - ou nano-orelha - consegue detectar níveis sonoros de aproximadamente -60 dB, o que é cerca de um milhão de vezes mais sensível do que o limite de audição do ouvido humano - por definição estabelecido como 0 dB.

Bibliografia:

Optically Trapped Gold Nanoparticle Enables Listening at the Microscale

Alexander Ohlinger, Andras Deak, Andrey A. Lutich, Jochen Feldmann

Physical Review Letters

Vol.: 108, 018101

DOI: 10.1103/PhysRevLett.108.018101

Inovação tecnológica!!

Endoscópio celular fotografa e manipula células vivas!!!

Este esquema mostra o imageamento de pontos quânticos em uma célula via usando o nano-endoscópio.[Imagem: Berkeley Lab]

Endoscópio para células

Endoscópios são equipamentos médicos indispensáveis, o que não significa que eles fáceis de engolir.

É por isso que os pesquisadores estão sempre tentando fabricar endoscópios menores - os mais miniaturizados já estão permitindo eliminar por completo o desconforto dos exames.

Microcâmera tem o tamanho de um grão de sal

Mas o fato é que o conceito de inserir uma sonda para estudar o interior de um organismo vivo é muito eficiente.

Por isso, cientistas da Universidade de Berkeley, nos Estados Unidos, decidiram levar o conceito ao extremo, criando o primeiro endoscópio para células.

A nanoferramenta permite não apenas a geração de imagens ópticas de alta resolução do interior de uma célula viva, como também serve para levar genes, proteínas, medicamentos ou qualquer outra "carga", sem danificar a célula.

Ferramentas de luz

Usando nanofios e fibras ópticas, o endoscópio para células permite "manipular a luz no interior de células vivas para estudar os processos biológicos com altíssima resolução espacial e temporal," diz o Dr. Peidong Yang, coordenador da pesquisa e ele próprio criador de nanolâmpadas multicoloridas que estão sendo usadas em vários campos, sobretudo na microscopia.

São aquelas nanolâmpadas que estão viabilizando o endoscópio celular.

"Nós também demonstramos que nosso endoscópio de nanofio pode detectar sinais ópticos de regiões subcelulares e, por meio de mecanismos ativados por luz, transportar cargas para as células com especificidade espacial e temporal," afirma ele.

O aparato simples permite a observação do interior de uma célula (direita). [Imagem: Ya et al./Nature Nanotechnology]

Nanoscopia com luz visível

Apesar dos avanços nos microscópios eletrônicos e de rastreamento, a microscopia com luz visível continua sendo o principal instrumento para o estudo de células vivas.

Como as células são transparentes, elas podem ser visualizadas de forma não-invasiva com luz visível, em três dimensões.

A luz visível também permite a detecção e a marcação de constituintes celulares, como proteínas, ácidos nucléicos e lipídios.

O grande inconveniente da luz visível é o seu grande comprimento de onda, muito maior do que os elementos subcelulares - não é possível literalmente enxergar nada abaixo da metade do comprimento de onda da luz.

A nanofotônica venceu essa barreira, sobretudo com o uso dos plásmons de superfície.

Mas o endoscópio celular é ainda mais simples, incorporando o componente nanofotônico - um guia de ondas de nanofio - em uma fibra óptica.

Isto permitiu a miniaturização do sistema e garantiu a geração de imagens ópticas dos componentes menores do que o comprimento de onda da luz visível.

"No futuro, além de fazer imagens ópticas e transportar cargas, nós poderemos usar esse endoscópio de nanofios para estimular uma célula viva óptica ou eletricamente," diz o Dr. Yang.

Bibliografia:

Nanowire-based single-cell endoscopy

Ruoxue Yan, Ji-Ho Park, Yeonho Choi, Chul-Joon Heo, Seung-Man Yang, Luke P. Lee, Peidong Yang

Nature Nanotechnology

Vol.: Published online

DOI: 10.1038/nnano.2011.226

Inovação Tecnológica!!!

Microscópio definitivo será feito de diamante!!!

Ilustração daquele que pode ser o microscópio definitivo, capaz de identificar átomos em alta resolução.[Imagem: University of Oxford]

Bússola de diamante

Uma molécula "amplificadora", colocada na ponta de um diamante, pode criar o microscópio definitivo, capaz de identificar átomos individuais por meio do campo magnético de seu núcleo.

Cientistas já haviam teorizado que um nanocristal de diamante poderia ser usado para detectar o campo magnético incrivelmente fraco de um átomo individual.

Defeitos no interior do diamante mantêm elétrons aprisionados que funcionariam como uma bússola, alinhando-se com o sutil campo magnético emanando pelo núcleo de um átomo.

A seguir, essa bússola no diamante poderia ser lida por um pulso de laser, fornecendo informações sobre a localização e o tipo de átomo, com uma precisão suficiente para fornecer a posição exata de um átomo dentro de um novo material ou mesmo de um vírus.

"O problema com essa abordagem é que a bússola no diamante só funciona bem se ela estiver enterrada bem fundo do diamante, o que torna difícil aproximá-la o suficiente da amostra para detectar o campo magnético de um átomo individual," explica o Dr. Simon Benjamin, da Universidade de Oxford, no Reino Unido.

Desafio de engenharia

Mas Benjamin e seus colegas encontraram a solução: uma molécula amplificadora dos sinais, que poderão então alcançar a bússola lá no fundo do nanocristal de diamante com intensidade total.

Começa agora o desafio de engenharia para colocar a molécula na extremidade de um nanocristal de diamante.

"Se funcionar, a informação adicional que vamos obter será como passar das fotografias em preto em branco dos átomos para uma imagem com cores reais," diz o Dr. Benjamin.

"O dispositivo que estamos propondo pode muito bem representar o limite do que é possível em termos de sensibilidade e resolução de um campo magnético. Se, como nós acreditamos, ele permitir a identificação de átomos pela assinatura de seus núcleos, então será uma ferramenta revolucionária para a química, biologia e medicina," prevê o Dr. Erik Gauger, coautor do estudo.

Bibliografia:

Proposed Spin Amplification for Magnetic Sensors Employing Crystal Defects

Marcus Schaffry, Erik Gauger, John Morton, Simon Benjamin

Physical Review Letters

Vol.: 107 (20)

DOI: 10.1103/PhysRevLett.107.207210

Inovação Tecnólogica!!!

Nanotecnologia une nanotubos e DNA em biossensores ultra-precisos!!!

Biossensores mais precisos são criados usando nanotubos de carbono como uma ponte entre as enzimas que detectam as moléculas que se está procurando e os eletrodos que indicam a concentração dessas moléculas.[Imagem: Analyst/Marshall Porterfield/Mike Schweinsberg]

Biossensores

Quando é necessário medir a concentração de um composto qualquer em um fluido - a insulina no sangue, por exemplo - usam-se os chamados biossensores.

Esses sensores são compostos por eletrodos metálicos recobertos com enzimas que reagem com a molécula que se deseja medir.

Quando as moléculas procuradas unem-se às enzimas, gera-se um sinal elétrico no eletrodo, que pode ser medido, o que fornece a leitura indicativa do resultado.

Isto tem funcionado razoavelmente bem, mas poderia ser muito melhor, porque moléculas e eletrodos metálicos representam a junção de dimensões muito diferentes, o que gera variações muito grandes nas leituras da corrente elétrica.

Nanotubos solúveis

Agora, cientistas conseguiram unir moléculas sintéticas de DNA e nanotubos de carbono, criando um novo eletrodo para biossensores que, além de estar nas mesmas dimensões das moléculas do composto que se procura, são muito mais sensíveis.

Desde o advento dos nanotubos de carbono, com suas excepcionais propriedades termais e elétricas, os cientistas vêm tentando usá-los como eletrodos em sensores para a realização de exames clínicos de laboratório e em pesquisas científicas.

O problema é que os nanotubos não são totalmente compatíveis com água, o que limita sua aplicação em fluidos biológicos.

Automontagem

Jin Shi e seus colegas da Universidade Purdue, nos Estados Unidos, superaram essa incompatibilidade criando uma sequência artificial de DNA que gruda na superfície dos nanotubos de carbono, tornando-os mais solúveis em água.

"Assim que os nanotubos de carbono estiverem em solução, você só precisa colocar o eletrodo na solução e carregá-lo [eletricamente]. Os nanotubos de carbono vão formar um revestimento em sua superfície," explica o Dr. Jong Choi, membro da equipe.

O eletrodo recoberto com nanotubos de carbono atrai as enzimas para terminar a construção do biossensor.

Medicina personalizada

Com os nanotubos de carbono fazendo a ponte entre as enzimas e o eletrodo, as leituras são várias ordens de grandeza mais precisas.

O Dr. Marshall Porterfield, que coordenou o desenvolvimento, afirmou que, como são muito fáceis de serem fabricados, esses novos biossensores abrem caminho para a criação de exames que possam testar a eficácia de remédios em tempo real, para cada paciente.

Antes disso, ele e sua equipe esperam desenvolver biossensores para monitorar com mais precisão doenças como o diabetes e inúmeros indicadores de problemas cardiovasculares, como triglicérides, colesterol, etc.

Bibliografia:

Microbiosensors based on DNA modified single-walled carbon nanotube and Pt black nanocomposites

Jin Shi, Tae-Gon Cha, Jonathan C. Claussen, Alfred R. Diggs, Jong Hyun Choi, D. Marshall Porterfield

Analyst

Vol.: 136, 4916-4924

DOI: 10.1039/C1AN15179G

Inovação Tecnológica!!!