Químicos desenvolvem novo método para criar estruturas quirais

Algumas moléculas existem em duas formas, de modo que suas estruturas e suas imagens espelhadas não são sobreponíveis, como nossas mãos esquerda e direita. Chamada de quiralidade, é uma propriedade que essas moléculas possuem devido à sua assimetria. As moléculas quirais tendem a ser opticamente ativas devido à forma como interagem com a luz. Muitas vezes, apenas uma forma de molécula quiral existe na natureza, por exemplo, o DNA. Curiosamente, se uma molécula quiral funcionar bem como medicamento, a sua imagem espelhada pode ser ineficaz para a terapia.

Ao tentar produzir quiralidade artificial em laboratório, uma equipe liderada por químicos da Universidade da Califórnia, em Riverside, descobriu que a distribuição de um campo magnético é em si quiral.

“Descobrimos que as linhas do campo magnético produzidas por qualquer íman, incluindo uma barra magnética, têm quiralidade”, disse Yadong Yin, professor de química, que liderou a equipa. “Além disso, também fomos capazes de usar a distribuição quiral do campo magnético para persuadir as nanopartículas a formar estruturas quirais.”

Tradicionalmente, os pesquisadores têm usado “modelagem” para criar uma molécula quiral. Uma molécula quiral é usada primeiro como modelo. Nanopartículas aquirais (ou não quirais) são então montadas neste modelo, permitindo-lhes imitar a estrutura da molécula quiral. A desvantagem desta técnica é que ela não pode ser aplicada universalmente, sendo fortemente dependente da composição específica da molécula modelo. Outra deficiência é que a estrutura quiral recém-formada não pode ser facilmente posicionada em um local específico, por exemplo, em um dispositivo eletrônico.

“Mas para obter um efeito óptico, é necessária uma molécula quiral para ocupar um determinado lugar no dispositivo”, disse Yin. “Nossa técnica supera essas desvantagens. Somos capazes de formar rapidamente estruturas quirais montando magneticamente materiais de qualquer composição química em escalas que variam de moléculas a nano e microestruturas.”

Yin explicou que o método de sua equipe usa ímãs permanentes que giram consistentemente no espaço para gerar a quiralidade. Ele disse que a transferência da quiralidade para moléculas aquirais é feita por dopagem, que incorpora espécies hóspedes, como metais, polímeros, semicondutores e corantes nas nanopartículas magnéticas usadas para induzir a quiralidade.

Os resultados do estudo aparecem hoje na revista Science.

Yin disse que os materiais quirais adquirem um efeito óptico quando interagem com a luz polarizada. Na luz polarizada, as ondas de luz vibram em um único plano, reduzindo a intensidade geral da luz. Como resultado, as lentes polarizadas nos óculos de sol reduzem o brilho dos nossos olhos, enquanto as lentes não polarizadas não.

“Se mudarmos o campo magnético que produz a estrutura quiral de um material, podemos mudar a quiralidade, que então cria cores diferentes que podem ser observadas através das lentes polarizadas”, disse Yin. “Essa mudança de cor é instantânea. A quiralidade também pode desaparecer instantaneamente com nosso método, permitindo um rápido ajuste da quiralidade.”

As descobertas podem ter aplicações em tecnologia antifalsificação. Um padrão quiral que significa a autenticidade de um objeto ou documento seria invisível a olho nu, mas visível quando visto através de lentes polarizadas. Outras aplicações das descobertas são na detecção e no campo da optoeletrônica.

“Dispositivos optoeletrônicos mais sofisticados podem ser fabricados aproveitando-se da capacidade de ajuste da quiralidade que nosso método permite”, disse Zhiwei Li, o primeiro autor do artigo e ex-aluno de pós-graduação no laboratório de Yin. “No que diz respeito à detecção, nosso método pode ser usado para detectar rapidamente moléculas quirais ou aquirais ligadas a certas doenças, como câncer e infecções virais.”

Yin e Li foram acompanhados na pesquisa por uma equipe de estudantes de pós-graduação no laboratório de Yin, incluindo Qingsong Fan, Zuyang Ye, Chaolumen Wu e Zhongxiang Wang. Li é agora pesquisador de pós-doutorado na Northwestern University, em Illinois.

A pesquisa foi financiada por uma bolsa concedida a Yin da National Science Foundation. O Escritório de Parcerias Tecnológicas da UCR registrou um pedido de patente relacionado a este trabalho.