Um nanotubo de carbono de parede simples (SWNT) pode ser definido como uma folha de carbono com 1 átomo de espessura, enrolada, formando um cilindro com o diâmetro de aproximadamente 1 nm (1/100.000.000 m). Os átomos na folha estão organizados em uma rede hexagonal cuja orientação relativa ao eixo do tubo, conhecida como quiralidade, define se o nanotubo é metálico ou semicondutor. Os nanotubos têm diâmetro em torno de 1 nm e possuem aproximadamente 25 possíveis diferentes quiralidades.

As versáteis propriedades dos nanotubos de carbono têm permitido aos pesquisadores construir dispositivos eletrônicos elementares, tais como transistores. De fato, alguns pesquisadores acreditam que os nanotubos poderão, no futuro, substituir o silício na eletrônica porque, mesmo sendo pequenos, podem transportar altas correntes. Um dos desafios da área está no fato de não ser possível, ainda, sintetizar um único tipo de tubo, ou seja, com diâmetro e quiralidade predeterminados. Nanotubos de carbono de uma única quiralidade têm sido obtidos a partir da separação cuidadosa de uma mistura de nanotubos com diferentes quiralidades, porém usando processos caros, sem viabilidade comercial.


Solução pelo DNA

Ming Zheng e seus colegas da empresa química Dupont separaram nanotubos de carbono através da quiralidade, misturando-os com uma solução de DNA e usando uma técnica padrão de separação química, conhecida como cromatografia líquida. Tal técnica consiste em passar as moléculas através de um tubo preenchido com partículas (fase estacionária). Como cada tipo de molécula reage diferentemente com a superfície das partículas, o sistema pode ser ajustado de forma a que um tipo particular de molécula atravesse rapidamente o tubo, enquanto outras ficam para trás (retidas).

A nova técnica consiste em misturar os nanotubos com uma seqüência particular de DNA, a qual cobre a superfície dos nanotubos formando grandes moléculas híbridas. Zheng e seus colaboradores verificaram que o sistema de cromatografia poderia ser ajustado de forma a que os híbridos contendo uma quiralidade específica fossem os primeiros a atravessar a coluna, podendo ser isolados. O DNA foi então removido dos nanotubos, resultando em amostras relativamente puras.

Os nanotubos de diferentes quiralidades podem ser selecionados usando diferentes seqüências de DNA. Os pesquisadores da Dupont identificaram um total de 12 combinações de nanotubos-DNA. Não foi uma tarefa fácil porque começaram com 1060 possíveis seqüências do DNA, que acabaram sendo reduzidas para 350 candidatos usando uma série de critérios químicos e estruturais.


Pureza quiral

A equipe de Zheng verificou, usando a técnica de absorção óptica, que a pureza quiral dos nanotubos separados estava entre 70% - 90% (com uma incerteza de ±10%), dependendo do tipo de quiralidade desejada na separação. Quando as propriedades eletrônicas de um grupo de nanotubos com 90% ± 10% de pureza foram testadas em transistores de efeito de campo (FET), observou-se que 99% dos tubos eram semicondutores. Enquanto a eficiência do processo sugere que o mesmo poderia ser comercialmente explorado, Zheng disse ao physicsworld.com que os altos custos para preparar as seqüências de DNA tornam a técnica comercialmente inviável no momento. Não obstante, acredita que seqüências de DNA com baixo custo estarão disponíveis no mercado, no futuro, caso exista uma demanda da indústria de nanoeletrônica.

Outra desvantagem da técnica de Zheng - segundo Mark Hershan, da Northwestern University (EUA) -, é que a mesma funciona bem para nanotubos semicondutores, não separando nanotubes metálicos, algo que ainda não foi muito bem entendido pelo grupo da Dupont. "Mais estudos são necessários para separar nanotubos metálicos e semicondutores igualmente usando DNA", disse Hersham.

Nanotechweb (Tradução - AGS).

Nota do Scientific Editor: o trabalho que deu origem a esta notícia, de título "DNA sequence motifs for structure-specific recognition and separation of carbon nanotubes", de autoria de X. Tu, S. Manohar, A. Jagota e M. Zheng foi publicado na revista Nature, volume 460, págs. 250-253, julho 2009, DOI: 10.1038/nature08116.

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