Nanotecnologia: Aplicações e Desafios by Dra Solage Fagan

Neste primeiro de novembro tive a honra de participar da Palestra proferida pela Prof^a. Dr^a. Solange Binotto Fagan (CV:http://lattes.cnpq.br/8537174715205717 ) na Fundação Universidade Federal de Rio Grande - FURG, durante a Semana Acadêmica do Curso de Química.

O título da palestra foi o mesmo adotado no presente texto: Nanotecnologia: Aplicações e Desafios.

Este começo de Século XXI vem sendo denominado pela ciência como o início da Era da Nanotecnologia e da Mecânica Quântica.

Estamos vivenciando uma grandiosa evolução dos equipamentos e dos materias, o que torna imprescindível e o mesmo que uma ampla divulgação, inclusive entre os leigos, acerca do que vem sendo descoberto neste novo e revolucionário campo científico.

Nanotecnologia? Que bicho é esse?

Para responder a essa questão, faz-se necessário que conversemos um pouco sobre dimensões:

Todos nós sabemos que um metro equivale a 100 cm. Agora imagine diminuir esse 1 metro em seis milhões de partes iguais. Como resultado chegamos ao tamanho de 1 mícron, ou seja, um milionésimo do metro, dimensão que equivale ao tamanho do núcleo de uma célula, percepítvel pela visão somente com o auxílio de um microscópio óptico.

Pois bem, agora diminua esse 1 mícron (lembre-se: 1m^-6) em mais mil partes iguais. Você terá chegado à dimensão de um nanômetro (1nm), ou seja um bilionésimo do metro.

Nesse ponto, somos capazes de analisar, montar e desmontar estruturas átomo a átomo. Aqui chegamos na dimensão onde trabalhamos com a nanotecnologia.

Mas, como disse anteriormente, estamos iniciando nesta era o mergulho em direção à nanotecnologia e à física quântica. Para isso, é necessário reduzir ainda mais a escala dimensional.

Nesse sentido, a física quântica trata de uma dimensão ainda menor que o nanômetro. Trata-se do ângstron, isto é, uma medida equivalente a 10 ^-10m, onde tudo que somos capazes de ver é apenas uma nuvem ( a escala atômica). Nenhum equipamento até hoje, por mais avançado que seja, foi capaz de visualizar além desse “vazio”.

Retornando à Nanotecnotogia (a arte de montar matéria átomo por átomo, ou melhor, a habilidade de manipular e criar objetos com dimensões menores que 100 nm.)

A Nanociência está limitada por duas técnicas:

a) Vamos “quebrando”macroestruturas (estruturas de dimensões maiores) até reduzi-las à dimensão nanométrica. Tal processo, no entanto, é desvantajoso, devido ao ônus ocasionado pela aparelhagem necessária para tal procedimento. Tal processo é denominado : de cima para baixo, ou seja, do maior para o menor;

b) Vamos agregando átomo a átomo até formar uma nanopartícula, como por exemplo um nanotubo; tal processo é denominado de baixo para cima porque vamos construindo, átomo a átomo, uma nanopartícula, um nanotubo. Processo mais barato mas nem sempre fácil para os cientistas, pois, como já foi dito, é uma ciência em nascimento.

A etiologia da palavra nano, vem do grego : e significa “ anão”

Técnicas de Manipulação em Nanotecnologia:

1) Microscopia de Tunelamento (STM: Scanning Probe Microscopy )

Infelizmente é um processo extremamente caro.

Tal técnica, desenvolvida na década de oitenta, permitiu uma variedade de formas de interações com o mundo nanométrico através do processo denominado microscopia de varredura de sondas. Tal equipamento nos permite obter imagens de reflexos de átomos e moléculas utilizando uma agulha microscópica na qual é aplicada uma tensão elétrica. A imagem produzida é produto da variação da corrente entre a superfície do material analizado ,

2)

2)Microscopia de Força Atômica (AFM -"Atomic Force Microscopy" )

Os mais avançados já permitem filmar as nanoestruturas.

Um feixe óptico é refletido no suporte para medir sua deflexão , á medida em que uma agulha finíssima se move sobre a superfície e interage com o material que está sendo analisado.

3)Nanolitografia : risco de materiais na escala nanométrica, portanto a escrita somente é visível nessa escala. Incrível não é mesmo?

Auto- Organização de Nanoestruturas:

a) Nanotubos: Os mais trabalhados são os de Carbono: trasnístores de nanotubos de carbono funcionam com velocidades infinitamente maiores que os tradicionais de silício (está terminando a era do silício). Será possível a construção de nanofios para uso no interior dos microprocessadores, substituindo os fios de cobre que são grossos e não tão eficientes na transmissão da corrente elétrica. Os nanotubos, são construídos com a técnica de baixo para cima que, apesar de muito menos onerosa ainda gera dificuldade para os pesquisadores quanto à manipulação.

b) Porfirinas: As Porfirinas, ricas em ferro, no homem, são responsáveis pelo transporte e armazenamento de oxigênio nos tecidos vivos (ela faz parte da hemoglogina, pigmento vermelho do sangue e se encontra dentro das hemácias); nos vegetais, fazem parte da clorofila, pigmento verde desses. Pesquisadores no ramo da Nanotecnologia, do Instituto de Química da Universidade de São Paulo (Henrique Toma e Koiti Araki) desenvolveram um sensor de sulfito, à partir da combinação de porfirinas, um sensor de sulfito capaz de detectar os níveis de sultito utilizado como conservante em vinhos e, portanto, ver se os níveis estão além ou não de causar danos à saúde dos consumidores. Também a técnica desenvolvida é na escala de cima para baixo.

Impactos da Nanotecnologia

1) Materiais: roupas com nanopartículas de ação bactericida e fungicida; refrigeradores com nanopartículas de prata com ação bactericida e fungicida, tintas contendo nanopartículas para bloquear celulares (por exemplo em presídios), preparados para passar em vidros com a finalidade de conversão da energia solar em casa ou prédio sem necessidade da energia elétrica, superfícies auto-limpantes (repelem sujidades), telefones celulares e redes de internet funcionando com energia solar etc...;

2) Fármacos e Cosméticos: nanocarreadores de fármacos; nanoesferas, capazes de carregar os ativos cosméticos íntegros até o local de ação; filtros solares transparentes (dióxido de titânio transparente, filtro físico etc);

“A guerra invisível contra as rugas

Cremes que usam nanotecnologia são
a mais nova promessa da cosmética
contra o envelhecimento da pele”

Paracetamol revestido por nanosferas

2) Medicina: sequenciamento genético, músculos artificiais feitos com nanotubos , olhos artificiais feitos com nanotubos (detalhe: muito mais potentes que os normais); fullereno se ligam exclusivamente a tumores e são ativados termicamente por luz infravermelha destruindo apenas o tumor e o restante do organismo permanece íntegro! Pesquisadores da UNB testam nanoímãs acoplados a anticorpos e injetados à corrente sanguínea de ratos, ao alcançarem o alvo (tumor quase que indetectável ainda por estar em início de proliferação, tumores menores que 1mm), vibram e esquentam por ação de luz IV até destruir o tumor. A questão é? Como retirar os nanoímãs do organismo após a destruição do tumor?

3) Indústria: GM: carro com nanopartículas : tinta muda de cor conforme o ângulo;

4) Meio-ambiente: sistemas de filtração de ar e água através de nanotubos;

“¿La nanociencia nos lleva a una segunda revolución industrial? ¿Cómo afectará a sectores estratégicos como las telecomunicaciones, la biotecnología, la ecología, la arquitectura, la medicina, la industria de la defensa, los textiles...? ¿qué ventajas y desventajas tiene para la humanidad? ¿Una informática -una nueva computación- con ordenadores que no gastan casi energía y trabajan millones de veces más rápidos? ¿Nanosensores centinelas dentro del cuerpo humano capaces de detectar las primeras células cancerígenas y su destrucción? ¿Arquitectura de moléculas y átomos para nanomáquinas y materiales inteligentes de propiedades asombrosas? ¿La administración de los riesgos y peligros? ¿Los previó Richard Feynman al sugerirnos este campo? ¿Alterará nuestras costumbres, nuestra conducta? ¿Revivirá la metafísica? En resumen ¿Ciencia ficción, utopía, realidad? “

Dr. Peihong Zhang, UC Berkeley, EE.UU