Em 1908, o físico alemão Gustav Mie desenvolveu um elegante conjunto de equações para descrever a interação de ondas eletromagnéticas com uma partícula metálica esférica. A teoria tem sido desde então um marco para os pesquisadores que procuram quantificar como os sistemas plasmônicos em nanoescala espalham a radiação. "A teoria do Espalhamento Mie é usada extensivamente, sempre que tratamos com nanopartículas e suas propriedades ópticas", disse Alexei Tcherniak, um estudante de pós-graduação da Rice e autor principal de um estudo publicado na edição on-line da revista Nano Letters, neste mês (março).

Tcherniak e Stephan Link, professor-assistente de química e professor-assistente de engenharia elétrica e informática, respectivamente, colaboraram com o estudo que ainda contou com um ex-aluno de pós-graduação, Ji Won Ha, e os estudantes de pós-graduação da Rice, Liane Slaughter e Sergio Dominguez-Medina.

Uma melhor caracterização de nanopartículas individuais é importante para os pesquisadores que buscam aprimorar sensores óticos, superlentes de baixo comprimento de onda, catálise e terapia fototérmica para tratamento de câncer, que usam nanopartículas como material de base. "Como a tecnologia está se desenvolvendo ruma à detecção de uma única partícula, nós queríamos ver se as previsões de Mie seriam válidas nesse limite", disse Tcherniak. "As propriedades médias são muito bem descritas pelas previsões da teoria de Mie. Mas nós mostramos que as nanopartículas individuais se desviam do comportamento esperado."

Partículas que diferem em tamanho podem ter sinais semelhantes, pois eles variam na forma e orientação sobre o substrato, com o qual eles também interagem. A teoria de Mie foi desenvolvida para partículas esféricas em solução muito antes da espectroscopia de uma única partícula, portanto não considerou estes fatores.

O projeto começou como uma tarefa paralela desenvolvida durante a tentativa dos estudantes de acompanhar uma única partícula em solução. Tornou-se o foco principal do estudo quando eles perceberam a extensão da tarefa, que envolveu a análise de cinco conjuntos de nanopartículas de ouro variando de 51-237 nm, que são tamanhos com "relevância para biologia", explicou Tcherniak.

Cada conjunto de partículas foi fotografado com um microscópio eletrônico de varredura e depois analisado por suas propriedades de absorção e espalhamento, usando imagem fototérmica de uma única partícula e espalhamento de laser em campo escuro. Foi uma tarefa entediante, admitiram.

A equipe de estudantes da Rice University usou "constelações" de nanopartículas para ajudar a localizar partículas específicas em imagens de três dispositivos diferentes. No painel da esquerda, as mesmas partículas foram imageadas usando as propriedades de espalhamento e absorção, e, no painel direito, foram "fotografadas" usando um microscópio eletrônico de varredura.

Créditos: Nano Letters

"Quando você precisa localizar uma partícula de 50 nm em uma amostra que tem 5x5 milímetros, é a mesma coisa de procurar uma agulha num palheiro", disse Tcherniak. Slaughter e Dominguez-Medina gesticulam com a cabeça, concordando, e relembram os longos dias, durante o verão, que foram usados para caracterizar centenas de partículas, o suficiente "para obter todos os pontos no diagrama".

Eles usaram algumas estratégias para localizar partículas. Uma delas foi colocar um sistema de coordenadas em microescala na lâmina de vidro contendo amostras de nanopartículas. "Isso nos permitiu saber mais ou menos onde eles estavam", disse Tcherniak.

Outra estratégia envolveu a aplicação de um pouco de astronomia nas imagens de microscopia. Estávamos de fato procurando por "constelações" nos padrões das manchas observadas. "Começamos a dizer: Oh, aquela parece um nariz. Nós temos um nariz em outro lugar?", disse Slaughter. "Nós estávamos tão cansados que talvez os nomes não tenham sido apropriados". Mas seus resultados foram muito bons.

"A Teoria de Mie foi lançada muito tempo antes que alguém soubesse sobre nanopartículas, por isso é legal poder testá-la", disse Link sobre o trabalho de seus estudantes. "Isso é importante porque eles realmente colocaram juntos os blocos de construção, que permitiram aos cientistas analisar estruturas mais complexas. Este não foi um trabalho fácil."

Rice University (Tradução - AGS).

Nota do Scientific Editor: o artigo que deu origem a esta notícia de título "Probing a Century Old Prediction One Plasmonic Particle at a Time", de autoria de A. Tcherniak J.W. Ha, S. Dominguez-Medina, L.S. Slaughter and S. Link , foi publicado on line na revista Nano Letters em 02 de março, 2010, DOI: 10.1021/nl100199h.

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