Um estudo teórico desenvolvido por Alexandre Pereira dos Santos e Yan Levin, da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), identificou um efeito surpreendente. Os físicos queriam entender melhor como nanopartículas metálicas interagem umas com as outras, quando estão dispersas em uma solução eletrolítica com a mesma proporção de íons negativos e positivos, caso da água com cloreto de sódio, por exemplo. Soluções como essa são a base de novos tratamentos médicos que usam nanopartículas de ouro para transportar substâncias medicinais diretamente às células do corpo humano. No preparo das soluções, as nanopartículas metálicas são carregadas eletricamente. A ideia é que a repulsão entre as cargas elétricas de mesmo sinal evita que as nanopartículas se aglutinem e precipitem. O estudo publicado em junho na Physical Review Letters, entretanto, demonstra que, em certas condições, cargas de mesmo sinal podem levar a uma força atrativa.
“As interações de Van der Waals entre os caroços metálicos fazem com que as partículas grudem uma na outra”, Levin explica no vídeo. “Para manter as partículas dispersas no meio é importante haver carga elétrica”.
Levin e Santos, porém, descobriram um mecanismo pelo qual a carga elétrica pode ter o efeito oposto ao desejado. Se algumas das nanopartículas esféricas metálicas tiverem um excesso de carga elétrica maior do que outras, uma esfera de carga maior pode induzir a polarização dos elétrons do caroço metálico de uma esfera vizinha de carga menor. Assim, os elétrons da esfera de carga menor se concentram no hemisfério oposto à esfera de carga maior, produzindo um excesso de carga elétrica positiva no outro hemisfério, o que pode levar a uma atração entre as nanopartículas. “Levando em conta todas as partículas iônicas da solução, mostramos que podem haver situações em que as nanopartículas se atraem”, Levin diz. “Então a estabilização da solução pela carga elétrica talvez não seja suficiente contra a precipitação.”
Outro problema para a aplicação médica dessas soluções é que as nanopartículas de ouro com carga elétrica negativa normalmente são repelidas pelas membranas celulares quando essas também possuem excesso de carga elétrica negativa. Cálculos analíticos e computacionais dos físicos da UFRGS, porém, mostram que em certas circunstâncias pode surgir uma força atrativa entre as nanopartículas e as membranas, mesmo quando ambas possuem cargas elétricas de mesmo sinal.
O trabalho foi realizado em parte graças ao apoio do CNPq,
Artigo científico
Like-Charge Attraction between Metal Nanoparticles in a 1:1 Electrolyte Solution
Alexandre P. dos Santos e Yan Levin
Phys. Rev. Lett. 122, 248005 – 21 de junho de 2019
ArXiv:1907.01021
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