Imported Article – 2026-03-25 13:30:18
Cientistas da NYU desenvolveram uma maneira de usar luz para guiar como partículas microscópicas se organizam em cristais. O trabalho, publicado na revista Chem da Cell Press, descreve uma técnica simples e reversível para construir cristais que poderia apoiar a criação de uma nova classe de materiais responsivos e adaptáveis. Os cristais aparecem em toda…
Cientistas da NYU desenvolveram uma maneira de usar luz para guiar como partículas microscópicas se organizam em cristais. O trabalho, publicado na revista Chem da Cell Press, descreve uma técnica simples e reversível para construir cristais que poderia apoiar a criação de uma nova classe de materiais responsivos e adaptáveis.
Os cristais aparecem em toda parte na natureza e na tecnologia, desde flocos de neve e diamantes até o silício dentro de dispositivos eletrônicos. Em sua essência, os cristais consistem de partículas organizadas em padrões repetitivos precisos. Para entender melhor como essas estruturas emergem, os pesquisadores frequentemente estudam partículas coloidais, que são pequenas esferas suspensas em líquido que se agrupam naturalmente em arranjos ordenados conhecidos como cristais coloidais. Essas partículas também servem como componentes-chave em materiais avançados utilizados em aplicações ópticas e fotônicas, como sensores e lasers.
Embora os cristais sejam comuns e altamente úteis, controlar exatamente como e quando eles se formam tem permanecido um grande obstáculo.
“O desafio na área tem sido o controle: os cristais geralmente se formam onde e quando querem, e uma vez que as condições estão estabelecidas, você tem uma capacidade limitada de ajustar o processo em tempo real”, disse Stefano Sacanna, professor de química na NYU e autor do estudo.
Usando Fotoácidos para Controlar Interações de Partículas
No estudo da Chem, a equipe identificou um método surpreendentemente simples para direcionar a formação de cristais: iluminando o sistema.
Os pesquisadores introduziram moléculas sensíveis à luz conhecidas como fotoácidos em um líquido contendo partículas coloidais. Quando expostas à luz, essas fotoácidos se tornam temporariamente mais ácidas. Essa mudança afeta como interagem com as superfícies das partículas, alterando a carga elétrica das partículas. Ao modificar a carga, os cientistas podem controlar se as partículas se juntam e grudam ou se se afastam e se separam.
“Essencialmente, usamos a luz como um controle remoto para programar como a matéria se organiza em escala microscópica”, afirmou Sacanna.
Crescimento e Derretimento de Cristais em Tempo Real
Através de uma combinação de experimentos e simulações por computador, os pesquisadores demonstraram que ajustar a intensidade, a duração e o padrão da luz permite direcionar o comportamento cristalino com precisão notável. Eles podem iniciar o crescimento de cristais ou fazer com que os cristais se dissolvam sempre que quiserem. Podem determinar onde a cristalização ocorre, remodelar e “esculpir” as estruturas, e melhorar sua uniformidade e tamanho para criar montagens coloidais maiores e mais intrincadas.
“Usar nosso fotoácido nos deu um nível surpreendente de controle sobre a atração entre as partículas. Apenas aumentar ou diminuir um pouco a luz fazia a diferença entre a partícula grudar totalmente ou ficar completamente livre”, disse Steven van Kesteren, coautor do estudo, da ETH Zürich, que conduziu esse trabalho na NYU como pesquisador de pós-doutorado no laboratório de Sacanna.
“Como a luz é tão fácil de controlar, conseguimos fazer nosso sistema realizar coisas bastante complexas. Podíamos iluminar aglomerados de partículas e ver como derretia sob o microscópio, ou direcionar a luz de modo que aglomerados aleatórios de partículas se ordenassem em cristais. Também podíamos remover cristais específicos com facilidade, apenas descolando as partículas naquele ponto”, acrescentou van Kesteren.
Configuração de Um Único Vaso com Montagem Reversível
Uma vantagem notável dessa abordagem é que ela funciona como um experimento de “um único vaso”. A equipe não precisou redesenhar partículas ou ajustar repetidamente as concentrações de sal em diferentes testes. Ao simplesmente mudar o nível de iluminação, podiam induzir as partículas a se montarem em cristais ou se separarem novamente.
Rumo a Materiais Programáveis por Luz
Esse avanço aponta para materiais cuja estrutura interna, e, portanto, suas propriedades, podem ser ajustadas usando luz. Por exemplo, materiais fotônicos poderiam ter sua cor ou resposta óptica gravadas, apagadas e reescritas sob demanda. Cristais coloidais programáveis por luz podem eventualmente possibilitar revestimentos ópticos reconfiguráveis, sensores adaptativos e tecnologias de exibição e armazenamento de dados de nova geração, onde padrões e funções são definidos dinamicamente pela iluminação, em vez de fixados durante a fabricação.
“Nossa abordagem nos aproxima de materiais coloidais dinâmicos e programáveis que podem ser reconfigurados sob demanda”, disse Glen Hocky, coautor do estudo, professor associado de química e membro do Simons Center for Computational Physical Chemistry na NYU. “Esse sistema também nos permite testar várias previsões sobre como a auto-organização deve se comportar quando interações entre partículas ou moléculas estão mudando no espaço ou no tempo.”
Os autores adicionais do estudo incluem Nicole Smina, Shihao Zang e Cheuk Wai Leung da NYU. A pesquisa foi apoiada pelo US Army Research Office (prêmio W911NF-21-1-0011), pela Swiss National Science Foundation (subvenção 217966) e pelo NYU Simons Center for Computational Physical Chemistry (subvenção 839534).
