Os pesquisadores Shinjiro Takano, Yuya Hamasaki e Tatsuya Tsukuda da Universidade de Tóquio visualizaram com sucesso a estrutura geométrica de nanoclusters de ouro em crescimento em seus estágios iniciais. Durante esse processo, eles também “cresceram” uma nova estrutura de nanoclusters alongados, que nomearam de “agulhas quânticas de ouro”. Graças à sua capacidade de resposta à luz na faixa do infravermelho próximo, essas “agulhas” podem possibilitar imagens biomédicas de muito maior resolução e uma conversão de energia luminosa mais eficiente. Os resultados foram publicados na Journal of the American Chemical Society.
Embora o ouro possa evocar imagens de pompa e luxo, ele também é um elemento essencial da nanotecnologia moderna devido às suas estruturas e propriedades únicas em escala nanométrica. Nanoclusters de ouro compostos por menos de 100 átomos são tipicamente sintetizados pela redução, isto é, pela adição de elétrons, de íons precursores de ouro na presença de ligantes protetores. No entanto, sintetizar nanoclusters de ouro com o tamanho, forma e composição desejados ainda é um desafio.
“Nos últimos anos”, diz Tsukuda, o investigador principal, “muitos esforços têm sido dedicados a entender a correlação entre a estrutura e as propriedades físico-químicas dos nanoclusters. No entanto, o processo de formação é considerado uma caixa-preta. Iniciamos este projeto com a crença de que entender os estágios iniciais da formação dos clusters levará ao desenvolvimento de novos métodos de síntese direcionados para estruturas desejadas.”
Os pesquisadores, portanto, se propuseram a determinar as estruturas geométricas dos nanoclusters de ouro nos estágios iniciais de sua formação. Eles usaram condições de síntese ligeiramente incomuns para aprisionar os nanoclusters nos primeiros estágios de crescimento. A análise por difração de raios X de cristal único, uma técnica de raios X para compostos químicos, revelou que os nanoclusters de ouro cresceram de maneira anisotrópica, em taxas diferentes em direções distintas. Além disso, a análise revelou uma estrutura inteiramente nova: nanoclusters em forma de lápis compostos de trimers triangulares e tetramers tetraédricos. Os pesquisadores os nomearam de “agulhas quânticas de ouro” porque os elétrons confinados nesses nanoclusters demonstraram comportamento quantizado, um fenômeno quântico em que os elétrons só podem assumir energias potenciais específicas.
“Pudemos explicar retroativamente os processos de formação de uma série de pequenos nanoclusters de ouro sob nossas condições sintéticas incomuns,” explica Tsukuda. “No entanto, a formação de agulhas com uma base de triângulo de três átomos de ouro, em vez de um cluster quase esférico, é uma descoberta acidental que estava muito além da nossa imaginação.”
Os registros estruturais que os pesquisadores adquiriram do crescimento passo a passo dos nanoclusters de ouro contribuem grandemente para a nossa compreensão do mecanismo de formação. No entanto, Tsukuda já está pensando nos próximos passos.
“Gostaríamos de explorar a síntese de outros nanoclusters únicos, refinando ainda mais as condições de síntese. Também gostaríamos de colaborar com outros especialistas para promover a aplicação das agulhas quânticas de ouro, aproveitando suas excepcionais propriedades ópticas.”
