Biotech is Godzilla

2010-07-24T10:06:00.001-07:00

Físicos afirmam ter criado material mais magnético do mundo

Redação do Site Inovação Tecnológica - 20/07/2010

No cristal de Fe16N2, cada átomo de nitrogênio fica no centro de um aglomerado de seis átomos de ferro, com dois outros átomos de ferro unindo os diversos aglomerados. [Imagem: Jian-Ping Wang]

Limites do magnetismo

A teoria afirma que a intensidade do magnetismo de um material tem limites, o que provavelmente está correto. Mas o que está sob suspeita é onde esse limite se encontra.

A equipe do Dr. Jian-Ping Wang, da Universidade de Minnesota, nos Estados Unidos, sintetizou um material que é 18% mais magnético do que se acreditava possível.

O super ímã é formado por oito partes de ferro e uma parte de nitrogênio, um cristal não muito estável, cuja fórmula é Fe16N2.

Origem do magnetismo

Segundo reportagem da revista Science, a chave para o supermagnetismo está na estrutura extremamente complicada do cristal de Fe16N2.

O magnetismo de um material decorre do giro dos seus elétrons. Cada elétron funciona como um minúsculo magneto, com um campo magnético alinhado com o eixo do seu spin - quanto mais elétrons giram na mesma direção, maior se torna o magnetismo do material.

No cristal de Fe16N2, cada átomo de nitrogênio fica no centro de um aglomerado de seis átomos de ferro, com dois outros átomos de ferro unindo os diversos aglomerados.

Os elétrons que fluem entre os aglomerados comportam-se como os elétrons do ferro comum. Mas os elétrons dos átomos que circundam o átomo de nitrogênio tendem a ficar "travados" no lugar.

Como resultado, garante Wang, esses átomos contribuem para o magnetismo total do material de forma mais intensa do que os átomos individuais, aumentando a intensidade desse magnetismo.

Super ímã

Apesar dos resultados excepcionais, outros pesquisadores estão vendo os resultados com cautela, porque esse mesmo material já havia sido anunciado como um "super ímã" antes.

Um experimento anunciado por pesquisadores da empresa Hitachi contrariou essas observações - mas ninguém conseguiu repetir o experimento, e o assunto continua controverso até hoje.

O grande problema reside justamente na dificuldade de fabricar cristais de Fe16N2, que é metaestável e tende a se "quebrar" em outras estruturas cristalinas.

A equipe de Wang, no entanto, argumenta que vem aprimorando as técnicas há anos e que agora é capaz de crescer amostras de Fe16N2 estáveis.

Se esses novos ímãs puderem ser produzidos comercialmente, poderá ser possível, por exemplo, fabricar cabeças de leitura de discos rígidos menores e mais eficientes, permitindo colocar mais dados na mesma área e dando novo impulso ao crescimento da capacidade de armazenamento magnético.

Bibliografia:

Heavy Fermion-like metal &alfa;"-Fe16N2 with giant saturation magnetization
Nian Ji, Xiaoqi Liu, Jian-Ping Wang
APS March Meeting 2010 Proceedings
http://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/0912/0912.0276.pdf

2010-07-24T10:05:00.000-07:00

Criado material com índice negativo de refração para a luz visível

Redação do Site Inovação Tecnológica - 28/04/2010

Usando matrizes de guias de ondas plasmônicas, os cientistas tornaram o material usado nos "mantos de invisibilidade" capaz de operar na faixa visível do espectro. [Imagem: Caltech/Stanley Burgos]

Um grupo de cientistas liderado por pesquisadores do Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech), nos Estados Unidos, construiu o primeiro metamaterial que apresenta índice negativo de refração para a luz visível.

Um metamaterial é um material óptico artificial, tridimensional, formado por pequenas estruturas menores do que o comprimento de onda da luz, o que lhe dá propriedades e comportamentos que não são encontrados em materiais naturais.

Índice negativo de refração

Um índice negativo de refração significa que, ao incidir sobre o metamaterial, a luz se curva para o lado "errado" em relação ao que acontece nos materiais naturais. Este é o fenômeno que está por trás dos mantos de invisibilidade e que possui uma grande gama de possíveis aplicações tecnológicas.

Este novo tipo de metamaterial com índice negativo de refração (NIM:negative-index metamaterial) é mais simples do que os já construídos até agora e que operam em outros comprimentos de onda.

Além de necessitar de uma única camada funcional, o metamaterial 3D é também mais versátil, na medida que consegue lidar com qualquer polarização e funciona mesmo que o ângulo de incidência da luz varie largamente.

Material canhoto

O novo material artificial opera na parte azul do espectro visível, tornando-se "o primeiro metamaterial de índice negativo a operar nas frequências visíveis", garante Stanley Burgos, responsável pela construção do novo "material canhoto".

"A fonte da resposta 'canhota' do nosso material é fundamentalmente diferente dos designs dos metamateriais negativos anteriores," explica Harry Atwater, coordenador do estudo.

Até agora, os cientistas vinham usando várias camadas de elementos de ressonância para refratar a luz de maneira invertida.

Mas a nova versão é composta de uma única camada de prata permeada por elementos fundamentais que são "guias de ondas plasmônicas acoplados".

Guias de ondas plasmônicas

Plasmons de superfície são ondas de luz acopladas a ondas de elétrons, que surgem na interface entre um metal e um dielétrico, um material não-condutor, como o ar.

Guias de ondas plasmônicas são estruturas que conseguem dirigir essas ondas acopladas ao longo de um material.

Além de ser mais fácil de fabricar, o novo metamaterial pode ter seu índice negativo de resposta ajustado por meio da alteração dos materiais usados na sua fabricação ou da geometria dos guias de onda.

Isto permite que ele seja fabricado para apresentar o índice de refração negativo para vários comprimentos de onda da luz (cores), para qualquer ângulo de incidência e para luz de qualquer polarização.

"É possível desenvolver um material com um índice de refração quase isotópico, ajustado para operar nas frequências visíveis," diz o pesquisador.

Essa versatilidade é importante para que o metamaterial deixe de ser uma curiosidade científica e gere aplicações práticas.

Superlentes e células solares

Para Atwater, um metamaterial com índice negativo de refração na faixa visível terá usos não apenas nos dispositivos de invisibilidade, mas também nas chamadas superlentes, que permitem a geração de imagens além do limite de difração, e na melhoria da capacidade das células solares em captar os fótons.

E ele é particularmente adequado para uso nas células solares. "Pelo fato de nosso design ser ajustável, nós podemos potencialmente ajustar seu índice de resposta para casar melhor com o espectro solar, permitindo o desenvolvimento de metamateriais com grande largura de banda e grandes ângulos de incidência que poderão aumentar a captação de luz nas células solares," explica Atwater.

"E o fato de que o metamaterial tem uma característica de grande angular é importante porque isso significa que ele pode captar a luz que vem de vários ângulos. No caso das células solares, isso significa mais luz captada e menos luz refletida e desperdiçada," conclui ele.

Bibliografia:

A single-layer wide-angle negative-index metamaterial at visible frequencies
Stanley P. Burgos, Rene de Waele, Albert Polman, Harry A. Atwater
Nature Materials
18 April 2010
Vol.: 9, 407 - 412 (2010)
DOI: 10.1038/nmat2747

2010-07-24T10:03:00.000-07:00

Nanocristais criam células solares de alta eficiência

Redação do Site Inovação Tecnológica - 24/06/2010

Cientistas descobriram como capturar os chamados "elétrons quentes", que escapam na forma de calor, superando um obstáculo crucial rumo a células solares de alta eficiência. [Imagem: Tisdale et al./Science]

A descoberta, segundo eles, abre a possibilidade de construir células solares com eficiência de duas vezes a três vezes maior do que as atuais, que raramente superam os 20%.

Os elétrons capturados são aqueles que normalmente escapam do circuito da célula solar e se perdem no ambiente na forma de calor.

Elétrons quentes

Na maioria das células solares atuais, os raios do Sol incidem sobre a camada superior das células, normalmente feita de silício cristalino.

O problema é que muitos elétrons no silício absorvem quantidades excessivas da energia solar e irradiam essa energia para fora da célula solar, na forma de calor, antes que ela possa ser aproveitada.

Uma primeira abordagem para aproveitar essa energia consiste na transferência desses "elétrons quentes", tirando-os do semicondutor e levando-os para um fio, ou circuito elétrico, antes que eles percam energia.

Mas os esforços para extrair esses elétrons dos semicondutores tradicionais de silício ainda não tiveram sucesso.

Nanocristais

No entanto, quando esses semicondutores são construídos na forma de estruturas extremamente pequenas, medindo poucos nanômetros, eles formam os chamadospontos quânticos, nanocristais que possuem propriedades diferentes do silício cristalino normal.

"A teoria diz que os pontos quânticos devem retardar a perda de energia na forma de calor," conta William Tisdale, que realizou os experimentos deste novo estudo. "A grande questão para nós era saber se poderíamos também acelerar a extração e a transferência dos elétrons quentes o suficiente para agarrá-los antes que eles resfriassem."

Tisdale e seus colegas demonstraram que pontos quânticos feitos de um outro semicondutor, o seleneto de chumbo, em vez de silício, são capazes de capturar os elétrons ainda "quentes".

A seguir, os elétrons foram direcionados para uma camada de dióxido de titânio, um outro material semicondutor barato e largamente utilizado na indústria. O dióxido de titânio funciona como um fio para levar os elétrons para o circuito elétrico, elevando a potência de saída do circuito.

Células solares de pontos quânticos

Extrapolando os resultados do rendimento verificado no experimento, os cientistas calculam que é possível construir células solares de pontos quânticos com uma eficiência de 66%, praticamente três vezes mais do que as células solares disponíveis comercialmente.

"Este é um resultado muito promissor," disse Tisdale. "Nós demonstramos que você pode arrancar os elétrons quentes muito rapidamente - antes que eles percam sua energia."

O trabalho, contudo, ainda está no início. Agora os cientistas precisam construir células solares reais, usando os pontos quânticos de seleneto de chumbo e verificar cuidadosamente seu funcionamento, eventualmente escolhendo outros materiais.

O uso do dióxido de titânio também precisará ser revisto ou otimizado. Embora ele capture os elétrons quentes, os elétrons perdem parte de sua energia no próprio material. Eventualmente uma nova arquitetura de construção das células solares possa resolver o problema.

De qualquer forma, os resultados deixaram os cientistas animados. "Eu me sinto confortável em dizer que a energia solar está para se tornar um grande componente da nossa oferta energética no futuro," disse Eray Aydil, coordenador do estudo.

Bibliografia:

Hot-Electron Transfer from Semiconductor Nanocrystals
William A. Tisdale, Kenrick J. Williams, Brooke A. Timp, David J. Norris, Eray S. Aydil, X.-Y. Zhu
Science
18 June 2010
Vol.: 328: 1543-1547
DOI: 10.1126/science.1185509

2010-07-24T09:58:00.000-07:00

LED orgânico mais barato e reciclável é criado com grafeno

Redação do Site Inovação Tecnológica - 09/02/2010

Os pesquisadores construíram uma alternativa aos OLEDs, que eles chamaram de LEC - Light-emitting Electrochemical Cell, células eletroquímicas emissoras de luz. [Imagem: Umea Un

O grafeno parece mesmo decidido a dominar o mundo. Em poucos meses, essa "tela de galinheiro" da era nanotecnológica alcançou a escala industrial, virou padrão de referência da eletrônica e gerou um transístor que supera seus rivais de silício.

Não satisfeito, o grafeno - uma folha de carbono com apenas um átomo de espessura - agora chegou aos dispositivos sólidos emissores de luz, um campo até hoje dominado pelos LEDstradicionais e pelos LEDs orgânicos (OLEDs).

Papéis luminosos e telas de enrolar

Pesquisadores suecos e norte-americanos conseguiram produzir o primeiro dispositivo emissor de luz orgânico com grafeno - o grafeno substitui um metal raro e caro e de difícil reciclagem.

A invenção, que abre caminho para papéis de parede que se acendem e telas que podem ser enroladas, tudo feito inteiramente de plástico, foi fabricado por cientistas das universidades de Linköping e Umeå, na Suécia, e da Universidade do Estado de Nova Jersey, nos Estados Unidos.

LEDs de plástico

Os OLEDs - LEDs orgânicos, que possuem carbono em sua composição, também chamados de LEDs de plástico - foram recentemente introduzidos comercialmente em celulares, câmeras digitais e TVs super finas.

Um OLED consiste de uma camada de plástico, contendo compostos emissores de luz, colocada entre dois eletrodos, um dos quais deve ser transparente, para que a luz passe.

Apesar de terem vantagens suficientes para já estarem no mercado, os OLEDs têm uma desvantagem - o eletrodo transparente é feito com a liga metálica óxido de estanho-índio. O índio é um metal raro e caro e, além disso é muito difícil de ser reciclado.

LEC

O que os pesquisadores conseguiram agora foi construir uma alternativa aos OLEDs, que eles chamaram de LEC - Light-emitting Electrochemical Cell, células eletroquímicas emissoras de luz.

A nova célula usa um eletrodo de grafeno quase totalmente transparente em substituição ao índio. Por decorrência, o novo componente emissor de luz fica muito mais barato e pode ser facilmente reciclado.

Por usar carbono, o LEC também é orgânico, assemelhando-se mais aos OLEDs do que aos LEDs. OLEC certamente seria uma sigla mais adequada, ainda que é de se esperar que outros pesquisadores questionem a criação de uma categoria nova para os "OLEDs de grafeno".

A nova célula usa um eletrodo de grafeno quase totalmente transparente em substituição ao índio. [Imagem: ACS]

Iluminação orgânica

"Este é um grande passo no desenvolvimento de componentes orgânicos para iluminação, tanto do ponto de vista tecnológico quanto ambiental. Espera-se que os componentes eletrônicos orgânicos tornem-se extremamente comuns em novas aplicações no futuro, mas isto pode criar problemas sérios de reciclagem. Usando o grafeno, em vez dos eletrodos de metal convencional, os componentes do futuro serão muito mais fáceis de reciclar," diz Nathaniel Robinson, um dos criadores do OLEC.

Pesquisadores de todo o mundo têm tentado substituir o óxido de índio e estanho dos LEDs há anos. O índio está cada vez mais escasso e a liga tem um ciclo de vida complicado. A matéria-prima para os LECs, por outro lado, essencialmente carbono, é inesgotável e pode ser totalmente reciclada.

Impressão de componentes eletrônicos

Todas as partes dos LECs podem ser produzidas a partir de soluções líquidas, como já acontece com os OLEDs, tornando possível fabricá-los também pelo processo industrial contínuo conhecido como roll-to- roll, um processo parecido com a impressão, que torna os componentes individuais muito baratos.

"Isso permitirá a produção de componentes de iluminação inteiramente de plástico, de baixo custo e sob a forma de grandes folhas flexíveis. Esse tipo de iluminação, ou de tela, poderá ser enrolada ou ser aplicada como papel de parede ou nos tetos," diz Ludvig Edman, outro membro da equipe.

No processo de fabricação dos LECs, o grafeno é depositado na forma de uma solução de óxido de grafeno.

Bibliografia:

Graphene and Mobile Ions: The Key to All-Plastic, Solution-Processed Light-Emitting Devices
Piotr Matyba, Hisato Yamaguchi, Goki Eda, Manish Chhowalla, Ludvig Edman, Nathaniel D. Robinson
ACS Nano
February 4, 2010
Vol.: Article ASAP
DOI: 10.1021/nn9018569

2010-07-24T09:52:00.000-07:00

Atração enigmática

Nova teoria ajuda a explicar comportamento de íons diluídos em água

Salvador Nogueira

Edição Impressa 173 - Julho 2010 Agencia Fapesp

Íons: concentração inesperada na interface entre a água e o ar

Quando Isaac Newton se inspirou na queda de uma maçã para elaborar a lei da gravidade, o físico e matemático inglês estava bastante confiante de que esse fenômeno acontecia sempre do mesmo modo: a maçã caía para baixo, em direção ao centro da Terra. Qual não seria a surpresa de Newton se, em uma ocasião ou em outra, a fruta caísse, por exemplo, para cima?

O assombro que ele provavelmente demonstraria talvez fosse semelhante ao dos pesquisadores que tentam entender o comportamento no mundo microscópico de partículas eletricamente carregadas (íons) diluídas na água. A teoria quase centenária sobre as interações dessas partículas sugere que elas deveriam sempre se manter afastadas da região em que a água encontra o ar, a chamada interface água-ar. Mas experimentos feitos em laboratório e simulações em computador indicavam que isso não acontecia com determinados íons – em especial os de carga elétrica negativa, que parecem atraídos para essa região.

Após um século, o mistério começa finalmente a ser desfeito graças a uma nova teoria desenvolvida sob o comando do físico americano-brasileiro Yan Levin, pesquisador da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS). Em trabalhos publicados no final de 2009 na prestigiosa revista científica Physical Review Letters, Levin e seu grupo demonstram que é possível restabelecer a capacidade de previsão teórica do comportamento dessas partículas se os pesquisadores deixarem de tratá-las da forma simplista e prática, como esferas com carga positiva ou negativa localizada em seu centro. Ao considerá-las pequenas esferas com carga elétrica central, os teóricos conseguiam predizer uma gama variada de comportamentos dessas partículas. Mas restavam enigmas como a atração seletiva para a superfície da água.

Na natureza, porém, os íons não são esferas rígidas como bolas de bilhar. O que transforma átomos ou moléculas eletricamente neutros em íons é a perda ou ganho de partículas de carga elétrica negativa (elétrons) – quando, no balanço geral, há mais cargas positivas do que negativas o íon apresenta carga positiva; e no caso de haver mais cargas negativas do que positivas o íon tem carga elétrica negativa.

O que complica a história é que os elétrons em geral não se comportam como partículas pontuais. Eles obedecem a regras da teoria quântica, a física do mundo submicroscópico, que muitas vezes contrariam a intuição.

O que isso quer dizer? É que eles se comportam como se fossem uma nuvem difusa ao redor do átomo ou da molécula. Alguém que tente medir a posição de um elétron terá mais chance de encontrá-lo em determinada região da nuvem. Mas a definição precisa de onde ele está só acontece quando a partícula é de fato observada. Antes da medição, é como se ela estivesse em todos os lugares possíveis ao mesmo tempo – por isso os físicos dizem que o elétron é uma onda de probabilidade.

Mas esses detalhes não devem nos incomodar, uma vez que até hoje os pesquisadores que trabalham com a física quântica não sabem interpretar o que a teoria realmente significa no que diz respeito à natureza das partículas e ao mundo em suas menores escalas. Apesar de pouco compreensível, a física quântica representa com bastante precisão o que se passa no mundo das partículas. Com ela é possível calcular as ondas de probabilidade que se ajustam perfeitamente aos resultados obtidos em experimentos.

A interpretação do que acontece com os íons na interface água-ar começou a mudar quando Yan Levin decidiu verificar o que aconteceria caso se considerasse que, em vez de localizada no centro do íon como se imaginava, a carga se distribuísse de forma desigual pela superfície do íon – efeito conhecido como polarizabilidade. Essa distribuição desigual é produzida pelo campo elétrico gerado pelas moléculas de água – cada átomo de hidrogênio de uma molécula tem carga positiva e se conecta ao oxigênio, com carga negativa, de outra, criando ligações químicas (pontes de hidrogênio). Os íons perturbam essas ligações gerando uma competição entre os dois efeitos.

Números compatíveis - No caso dos íons grandes e altamente polarizáveis, as pontes de hidrogênio prevalecem e empurram esses íons para a interface água-ar, o oposto do que previam as teorias antigas, explica Levin. Foi exatamente isso que ele observou nos experimentos em laboratório, em particular com íons negativos produzidos pela dissolução de sais contendo elementos químicos halogênios (cloro, bromo, iodo e flúor).

Os cálculos teóricos produzidos por Levin e seus colegas correspondem perfeitamente às observações experimentais. Eles já fizeram as contas para os íons produzidos por esses sais na interface água-ar e agora pretendem trabalhar com ácidos, para ver se o efeito é similar. O grupo também pretende investigar nos próximos meses o efeito de soluções de sais em interação com proteínas. Sabe-se que, no caso de proteínas diluídas em água, o comportamento de moléculas na interface água- -proteína pode ser bem parecido com o que ocorre nas interfaces entre água e óleo ou água e ar. Esse conhecimento será importante para compreender por que determinados sais induzem a precipitação (e outros a estabilidade) das proteínas, moléculas responsáveis por praticamente tudo o que ocorre no metabolismo dos seres vivos.

Na opinião de Levin, caso se mostrem corretas, suas equações podem ser aplicadas em situações bem diversas. É possível, por exemplo, que elas ajudem a compreender certas nuances da evolução da vida na Terra. “Houve momentos na história do planeta em que aconteceram extinções em massa nos oceanos, que podem ter se dado pela diminuição de íons nos mares”, lembra. “Com a nova teoria, também poderemos investigar qual é o limite antes que as proteínas se precipitem por causa do sal.”

Outro fenômeno que pode ser explicado por essa nova teoria é a degradação do ozônio na baixa atmosfera. Acredita- -se que, próximo à superfície dos oceanos, gotículas (aerossóis) de água atuem na destruição desse gás – e na consequente redução de sua concentração. De acordo com a teoria anterior sobre o comportamento dos íons, a degradação do ozônio nessas regiões ocorreria em taxas muito menores que as observadas na realidade. Levin acredita que, também nesse caso, a teoria proposta por seu grupo apresente resultados mais próximos dos obtidos experimentalmente.

> Artigos científicos

1. LEVIN, Y. Polarizable ions at interfaces. Physical Review Letters. v. 102. p. 1478031-34. 10 abr. 2009.
2. LEVIN, Y. et al. Ions at the air-water interface: an end to a hundred-year-old mystery? Physical Review Letters. v. 103, p. 2578021-24. 18 dez. 2009.

2010-07-24T09:48:00.000-07:00

Convergência virtual

Microsoft Research usa lógica de filtros anti-spam para encontrar pontos vulneráveis do vírus HIV

Dinorah Ereno

Edição Impressa 172 - Junho 2010 Agencia Fapesp

A mesma estratégia utilizada para criar os filtros que barram os spams, as mensagens eletrônicas não solicitadas que invadem as nossas caixas de e-mails, está sendo usada pela equipe do pesquisador David Heckerman, diretor sênior do Grupo de Pesquisa em eScience da Microsoft Research, para desenvolver uma vacina contra o HIV, o vírus da aids. “Percebemos que para ter sucesso em uma vacina seria necessário atacar pontos específicos do vírus, da mesma forma que os filtros anti-spam fazem quando selecionam os e-mails”, disse Heckerman, durante conferência no Faculty Summit 2010 da América Latina. O evento foi realizado em parceria entre a Microsoft Research e a FAPESP de 12 a 14 de maio no Guarujá, no litoral paulista, e teve como tema “Computação: fazendo a diferença”. Mais de 200 especialistas em computação de 13 países estiveram presentes na sexta edição do Faculty Summit, acompanhando as apresentações de projetos inovadores em vários campos do conhecimento. Médico de formação com doutorado em ciência da computação, Heckerman foi um dos responsáveis pela criação do primeiro programa de detecção e filtragem de spam em 1997. “Assim como os spammers mudaram os seus e-mails para passar pelos nossos filtros, o HIV também passa por mutações para enganar o sistema imunológico e conseguir se reproduzir livremente”, comparou. A grande dificuldade em desenvolver uma vacina para o vírus que causa a aids é que ele muda constantemente. “Mas acreditamos que existam algumas regiões do genoma do HIV que seriam vulneráveis à mutação”, disse o pesquisador.

Encontrar essas regiões é uma tarefa bastante complexa, porque é preciso mapear todas as possíveis mutações do vírus e das configurações da proteína HLA (antígenos de leucócitos humanos, na sigla em inglês), que é a ferramenta usada pelo sistema imunológico para impedir a reprodução do HIV. A HLA invade o vírus e retira o epitopo, um fragmento de proteína responsável pela informação genética do HIV. “Estamos procurando essas regiões chamadas de epitopos vulneráveis”, disse Heckerman. “O nosso objetivo é desenvolver uma vacina que ensine o sistema imune a reconhecer apenas os pontos vulneráveis ao longo da sequência do material genético do HIV.”

Para isso, mais de uma centena de pesquisadores no mundo todo está usando uma ferramenta chamada PhyloD, desenvolvida pelo grupo de Heckerman, para avaliar como o HIV se comporta a partir do momento em que infecta uma pessoa. Computadores cruzam os dados do sistema imunológico das pessoas e da evolução e mutação do HIV em seus corpos, indicando assim quais características genéticas ajudam a combater o vírus. As estatísticas geradas até agora resultaram na criação de uma vacina experimental, que deverá começar a ser testada dentro de seis meses. “Se tudo der certo, talvez tenhamos um resultado efetivo em dois anos.”

Aliado móvel - Enquanto não se consegue uma vacina eficaz contra a aids, os pacientes têm que seguir um rígido esquema de horários para tomar os medicamentos antirretrovirais. Mas essa tarefa nem sempre é seguida à risca. Uma experiência feita no Peru com pessoas infectadas com o HIV, coordenada pelo pesquisador Walter Curioso, da Universidad Peruana Cayetano Heredia, que também é professor assistente afiliado à Universidade de Washington, Estados Unidos, mostrou que o celular pode ajudar os pacientes a seguir corretamente o tratamento prescrito. “Mesmo quando os remédios são fornecidos gratuitamente, 88% não se medicam por diversas razões”, disse.

O principal motivo alegado para não seguir o tratamento é o esquecimento, já que são vários tipos de remédio tomados ao longo do dia. Morar distante dos centros de saúde e preocupação com a discriminação ao ser identificado como portador do vírus foram outras razões citadas. Como o celular já se tornou um item indispensável para a maioria das pessoas, o grupo de pesquisa resolveu recorrer a mensagens SMS (sigla em inglês para serviço de mensagens curtas) para conseguir a adesão ao tratamento. Dessa forma, eles deram a um instrumento popular um uso inovador.

“Os pacientes estavam interessados não só em receber um lembrete para tomar os medicamentos, mas também em algo motivador, como ‘agora é a hora da sua vida’”, relatou o pesquisador. A frase funciona como um código, porque preserva a privacidade do paciente. A pesquisa de caráter qualitativo foi feita com 20 homens e seis mulheres portadores de HIV, que avaliaram de maneira positiva o sistema de mensagens via SMS. A experiência resultou no Projeto Cell Pos, desenvolvido pela universidade peruana em colaboração com a norte-americana e apoio da Microsoft Research, que envia mensagens para os participantes inscritos.

Programas semelhantes de auxílio à saúde têm sido empregados com sucesso em países em desenvolvimento como Botsuana, África do Sul e Filipinas. “Nas Filipinas houve um aumento de 90% de adesão ao tratamento entre pessoas com tuberculose que receberam mensagens via celular”, disse.

Sistema preventivo - No Brasil, o grupo de pesquisa coordenado pelo professor Jacques Wainer, do Instituto de Computação da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), trabalha no desenvolvimento de um sistema capaz de detectar alterações na imagem de fundo de olho indicativas de algum grau de retinopatia diabética, doença que pode levar à cegueira. “As estatísticas indicam que no Brasil há 15% de diabéticos entre a população, dos quais 40% têm retinopatia e para 8% deles ela representa uma ameaça para a visão”, disse Wainer, que também mostrou o seu trabalho no Faculty Summit. O diabetes afeta a passagem de sangue na retina, devido ao enfraquecimento das veias e artérias locais, provocando hemorragias e cicatrizes, que interferem na visão.

A proposta do projeto, aprovado em 2008 na segunda chamada lançada pelo Instituto Microsoft Research-FAPESP de Pesquisas em Tecnologia da Informação, é facilitar a triagem dos pacientes que devem ser submetidos a exames especializados. Desde 2007, quando o instituto foi criado, as duas instituições já investiram mais de R$ 3,5 milhões em 11 projetos brasileiros nas áreas de saúde, educação, inclusão digital, agricultura, governo eletrônico, biodiversidade, bioenergia e mudanças climáticas globais.

A pesquisa do grupo de Wainer está usando uma técnica não comum em processamento de imagens médicas, que se baseia em descobrir pontos onde há mudanças significativas de cor e textura. “Os pontos onde houve mudança de cor ou de textura equivalem a uma palavra”, disse Wainer.

A ideia é que cada tipo de ponto represente “palavras” nessas imagens. Cada imagem tem, em média, 300 desses pontos. A partir dessas palavras visuais a pesquisa se desenvolve em duas linhas distintas. Uma delas trabalha com cada tipo de anomalia da retina, a partir de 8 mil imagens previamente classificadas. “As imagens mais frequentes do nosso conjunto de dados relacionam-se ao exsudato, um líquido com alto teor de proteínas produzido como reação a danos nos tecidos e vasos sanguíneos”, disse Wainer. Usando esse método, descobre-se que palavras visuais são mais indicativas da presença de exsudatos na imagem. “É uma técnica bastante precisa, mas demorada, pois é preciso adaptá-la para cada um dos vários tipos de anomalia possíveis nas retinopatias diabéticas.” O sistema tem 90% de sensibilidade, ou seja, 10% de falsos negativos para a detecção de exsudatos.

A outra vertente do projeto de pesquisa tenta descobrir quais são as palavras visuais que distinguem quais são as imagens normais e anormais, sem precisar buscar anomalias particulares como exsudatos ou microaneurismas. “Estamos ainda na fase de pesquisa dos pontos-chave, que vão permitir fazer a abordagem da normal e anormal”, relatou. A previsão é que, no primeiro semestre de 2011, o sistema esteja totalmente pronto.

Campo em rede - As necessidades dos pequenos proprietários rurais também estão contempladas em um dos projetos iniciados em 2007 pela parceria Microsoft-FAPESP, chamado “eFarms: uma estrada de mão dupla de pequenas fazendas para o mundo em rede”, coordenado pela professora Claudia Maria Bauzer Medeiros, do Instituto de Computação da Unicamp, e desenvolvido em parceira com a Cooperativa de Cafeicultores de Guaxupé (Cooxupé), que tem cerca de 11 mil associados nos estados de São Paulo e Minas Gerais. “Um dos principais objetivos do projeto, do ponto de vista social, é criar uma infraestrutura de comunicação de dados, de baixo custo, para permitir a ligação entre as fazendas e a cooperativa e, assim, o acesso das fazendas à internet”, disse Claudia. O projeto envolve pesquisadores em computação e em ciências agrárias. Os novos softwaresque estão sendo criados vão cruzar e tratar dados fornecidos tanto por sensores instalados no campo, que medirão variáveis como temperatura, umidade e luminosidade, quanto por satélites, que darão informações como biomassa ou as condições da cobertura vegetal.

Com as ferramentas computacionais desenvolvidas, especialistas poderão fazer um melhor planejamento das atividades da cadeia produtiva, otimizando recursos e, portanto, auxiliando os pequenos agricultores em suas tarefas. Os produtores também poderão participar do processo decisório, a partir da rede de comunicação de dados, fornecendo informações para os especialistas – no caso, a cooperativa –, recebendo de volta e fornecendo feedback sobre os dados. “Isso é a estrada de mão dupla do título do projeto, em que o agricultor não apenas recebe informação, mas participa ativamente de todo o processo de geração de conhecimento para melhorar o seu trabalho”, disse Claudia. O eFarms já está com vários módulos em funcionamento e outros serão integrados ainda este ano. “O projeto permitiu o treinamento de pesquisadores em um trabalho multidisciplinar, formando vários mestrandos e alunos de doutorado.”

Dois principais desafios do projeto, que terminou no dia 31 de maio, mas terá continuidade com financiamento da Cooxupé, ainda precisam ser vencidos. O primeiro deles é reproduzir em algumas fazendas da cooperativa a infraestrutura de redes de comunicação de dados que foram testadas no ambiente controlado da Unicamp. “Isso envolve um trabalho de levantamento de terreno, especificação de infraestrutura, definição de onde colocar antenas e pontos de coleta.” O segundo desafio é continuar a coleta e processamento de dados de sensores, mostrando os resultados coletados na rede de diversas formas. “Os dados coletados já podem ser vistos em tempo real, na web, sob forma de gráfico. Agora queremos continuar a pesquisa, incluindo o uso de mapas”, disse Claudia. Atualmente o trabalho envolve testar a rede em quatro propriedades rurais de difícil acesso. A partir dos resultados dessa etapa, a cooperativa poderá estimar os custos de implantação em escala, atingindo potencialmente 14 mil propriedades.

2010-07-24T09:25:00.000-07:00

Por um (nano)fio

Propriedades mecânicas e eletrônicas de materiais
à base de cobre e ouro são pesquisadas por físico

fonte: unicamp.br

A necessidade de ampliar a capacidade de processamento computacional está resultando em um intenso esforço científico e tecnológico para produzir circuitos eletrônicos cada vez menores. A grande fronteira concentra-se atualmente nos nanofios metálicos – especialmente de cobre e ouro. Eles vêm sendo experimental e teoricamente estudados como possíveis nanocondutores capazes de fazer contatos elétricos e conectar dispositivos. O físico Edgard Pacheco Moreira Amorim pesquisou em seu doutorado as propriedades mecânicas e eletrônicas desses nanofios utilizando-se de simulações computacionais.

Levando-se em conta que um dos aspectos destes metais, quando tensionados, é rearranjar-se formando cadeias atômicas lineares – o que significa o menor condutor possível – um dos objetivos do trabalho foi mostrar que nanofios de cobre evoluem nesse sentido, assim como no ouro, embora neste caso com estruturas menores e menos simétricas. “A contribuição de fato da pesquisa está em constatar esse efeito. Consequentemente, isso abriu uma nova perspectiva de trabalho para teóricos e experimentais investigarem nanofios de cobre mais profundamente”, afirmou Amorim. A pesquisa foi orientada pelo professor Edison Zacarias da Silva, do Departamento de Física da Matéria Condensada, do Instituto de Física “Gleb Wataghin” (IFGW).

Amorim explicou que a cadeia atômica linear consiste numa linha na qual um átomo está ligado a dois outros sucessivamente numa configuração linear que pode chegar a até dez átomos no ouro. Como no caso do cobre foi constatada uma evolução para uma cadeia atômica menor e também com pontas menos simétricas, isso indica que tanto a maleabilidade quanto a ductibilidade que medem respectivamente a capacidade dos materiais deformarem, formando então lâminas e fios, nesse metal é menor que no ouro quando são consideradas suas configurações nanométricas.

A estrutura cristalina macroscópica de ambos os metais é composta por uma configuração periódica de geometria cúbica de face centrada, na qual temos átomos nos vértices e no centro de cada face de um cubo repetido por todo sólido. Quando estes materiais são alongados até ficarem bem finos observa-se que a relação entre superfície e volume do condutor torna-se cada vez mais significativa, perdendo a coesão macroscópica entre os átomos. Nesta situação, prossegue Amorim, foi observado em alguns casos o aparecimento de estruturas não cristalinas, com geometrias tão diferentes que foram batizadas de estruturas “malucas”. São estruturas de múltiplas camadas, helicoidais ou de uma única camada, que foram observadas para ouro e platina em experimentos de microscopia eletrônica. “Em nossos cálculos, mostramos que nanofios de ouro, puxados em uma dada direção cristalográfica, evoluem intrinsecamente para uma estrutura helicoidal”, garantiu o físico.

Além disso, estabeleceu-se uma relação entre o aparecimento desse tipo de estrutura e a formação de longas cadeias atômicas lineares. Quando a estrutura helicoidal surge é possível mostrar que, à medida que são esticadas, suas pontas possuem baixa simetria de tal forma que o átomo da ponta está ligado a um só átomo. Nesta condição, a cadeia atômica linear se desenrola da ponta como um fio saindo de um novelo de lã. A cadeia se rompe a partir do momento no qual o átomo da ponta divide suas ligações com três ou mais átomos, tornando-se energeticamente menos favorável acrescentar mais átomos à cadeia atômica do que quebrar uma ligação desta.

Amorim aponta ainda que outro aspecto relevante investigado em seu trabalho é a inserção de impurezas em nanofios de cobre. Experimentalmente foram observadas distâncias entre átomos de ouro muito maiores do que usualmente é calculada com métodos chamados de primeiros-princípios, que são fundamentados nos princípios da mecânica quântica, sendo considerados como o estado da arte no cálculo das propriedades dos materiais.

Portanto, tanto pesquisadores experimentais quanto teóricos atribuíram estas grandes distâncias à influência de impurezas leves tais como hidrogênio, oxigênio, carbono, entre outras que estariam entre dois átomos de ouro e que não poderiam ser vistas em imagens de microscopia eletrônica. A partir disso, vários trabalhos teóricos buscaram calcular quais seriam as impurezas mais prováveis e a influência delas nas propriedades mecânicas, eletrônicas e de transporte eletrônico nestes nanofios metálicos.

A pesquisa desenvolvida por Amorim mostra que impurezas de N e N2 em nanofios de cobre tornam a ligação entre átomos tão forte que possibilitam a reconstrução das pontas adicionando mais átomos à cadeia atômica linear, tornando-se um meio mecanoquímico de reconstruir cadeias maiores do que se observa em nanofios puros. Isso sugere a possibilidade de produzir nanocondutores mais longos sintetizados em atmosferas nitrogenadas.

De uma forma geral, disse o físico, todos os resultados apresentados na tese foram observados em laboratório. No entanto, especialmente no que se refere às estruturas helicoidais de ouro, ele garantiu que acrescentou uma interpretação nova a respeito da formação, que é dada por um comportamento intrínseco de se puxar o nanofio nesta direção. Além disso, ele explica a relação direta entre a estrutura helicoidal e a observação de cadeias mais longas do que usualmente é obtido por nanofios de ouro alongados em outras direções. Embora todos os experimentos e cálculos sejam fundamentais no que se refere à ciência de base, do ponto de vista de possíveis aplicações tecnológicas, a deposição de nanofios metálicos em superfícies parece ser potencialmente promissora para se ter, de fato, uma eletrônica em escala nanométrica.

Portanto, uma nova direção interessante para prosseguir com os estudos mostrados neste trabalho, segundo Amorim, seria avaliar a possibilidade da aplicação tecnológica de nanofios depositados em diferentes superfícies, observando o efeito da temperatura e da contaminação por impurezas leves normalmente presentes em condições ambientais típicas as quais estes experimentos são realizados. “E, principalmente, avaliar como e quanto essas condições afetam as propriedades de estrutura eletrônica e de transporte desses sistemas”, concluiu.

Silício no limite. E o ‘transporte’ de fármacos
Atualmente, a aplicação tecnológica da nanociência é fomentada pela indústria da informática e também pela produção de fármacos. Uma das grandes fabricantes de processadores, a Intel, produz atualmente transistores em uma escala de tamanho na faixa de 45 nanômetros, lembrando que um nanômetro equivale a 1 metro dividido por 1 bilhão. Isso possibilita colocar em uma área menor que 26 milímetros quadrados algo em torno de 47 milhões de transistores, tornando-se cada vez mais inegável, de acordo com Amorim, que está muito próximo o limite físico de toda tecnologia baseada no silício.
Ademais, o desenvolvimento do encapsulamento de fármacos que abrange o esforço de físicos, químicos e biólogos, recentemente levantou a possibilidade de se produzir nanopartículas ou aglomerados atômicos de ouro para este propósito. Aglomerados com o fármaco poderiam ser transportados pela corrente sanguínea, sendo derretidos por meio de radiação não-invasiva a tecidos biológicos liberando-os com precisão nanométrica, consistindo numa forma eficaz de atacar tumores sem afetar células saudáveis.

Artigo
Amorim, E.P.M and Silva, E.Z.; Ab initio study of linear atomic chains in copper nanowires, Physical Review B 81, 115463, 2010.

2010-07-01T05:51:00.000-07:00

Molécula artificial controla spin de elétrons

Redação do Site Inovação Tecnológica - 01/07/2010

Cientistas japoneses construíram uma "molécula artificial" formada por componentes semicondutores que, como os átomos naturais, conseguem aprisionar os elétrons em bandas discretas de energia.

Os elétrons são confinados em camadas semicondutoras (laranja e azul) com níveis de energia diferentes, criando os chamados átomos artificiais. Dois deles, construídos um sobre o outro, constituem a molécula artificial, que permite o controle preciso do spin dos elétrons. No detalhe, a estrutura da molécula artificial. [Imagem: Keiji Ono]

Com os elétrons aprisionados e sob controle, torna-se possível ler e controlar seus spins, um passo fundamental para a viabilização de tecnologias futurísticas, como a spintrônica e acomputação quântica.

Manipulação dos spins

Componentes construídos em nanoescala aprisionam os elétrons, confinando-os em camadas de materiais semicondutores que funcionam como bandgaps, criando níveis discretos de energia análogos aos encontrados nos átomos naturais.

Os elétrons ficam confinados em volumes tão pequenos que torna-se possível manipular seus spins - uma propriedade quântica dos elétrons que pode ser interpretada como a direção na qual a partícula está girando.

O spin do elétron, girando num ou noutro sentido, pode ser utilizado para armazenar dados binários - veja Spin de um átomo é fotografado pela primeira vez.

Molécula artificial

Esses átomos artificiais podem apresentar várias outras propriedades dos átomos, graças às suas camadas discretas de energia. "Um exemplo é o Efeito Zeeman, no qual um campo magnético externo divide o nível de energia de um único elétron em dois, dependendo do seu spin," explica o Dr. Keiji Ono, do Instituto Riken, no Japão.

O Dr. Ono e sua equipe agora demonstraram que essa analogia pode ser levada ainda mais longe, fazendo com que dois átomos artificiais, colocados muito próximos entre si, podem se comportar como uma molécula artificial.

Em princípio, seria possível até mesmo transferir um elétron entre os dois átomos artificiais ajustando o nível de energia de um elétron de um deles, por meio de um campo elétrico, por exemplo, para que ele coincida com o nível de energia do segundo átomo.

Esse fenômeno, conhecido como tunelamento ressonante, ocorre em moléculas artificiais formadas por dois átomos idênticos. Os cientistas japoneses verificaram, contudo, com o mecanismo não é tão simples quando a molécula artificial é formada por átomos diferentes.

Efeito Zeeman

A molécula artificial construída por Ono e seus colegas é formada por um átomo de arseneto de gálio, medindo 10 nanômetros de espessura. Sobre ele, foi construído outro átomo artificial, de arseneto de gálio-índio, medindo 6,5 nanômetros.

Os elétrons são aprisionados na transversal, no interior de pilares que atravessam os átomos artificiais, cada um com um diâmetro de menos de um micrômetro.

A diferença no tamanho e na composição dos átomos artificiais significa que o Efeito Zeeman é mais forte no átomo de cima do que no de baixo. Isto impede alinhar os níveis de energia resultantes da divisão Zeeman nos dois átomos ao mesmo tempo.

Por isso, quando um estado de energia de um átomo é alinhado com um estado de energia no outro átomo, o fluxo de elétrons na molécula artificial se reduz, um efeito que eles chamaram de bloqueio de spin.

O fluxo de elétrons voltou a aumentar quando eles ajustaram os dois níveis de Zeeman em um átomo com o ponto intermediário do nível de energia do segundo átomo.

"Esta descoberta pode ser utilizada como uma ferramenta básica para selecionar, filtrar ou inicializar o spin de um elétron individual," afirma Ono. "Eu acredito que isto possa ser muito útil no processamento quântico de informações."

Bibliografia:

Spin Bottleneck in Resonant Tunneling through Double Quantum Dots with Different Zeeman Splittings
S. M. Huang, Y. Tokura, H. Akimoto, K. Kono, J. J. Lin, S. Tarucha, K. Ono
Physical Review Letters
Vol.: 104, 136801
DOI: 10.1103/PhysRevLett.104.136801

2010-07-01T05:49:00.000-07:00

Cortina que engrossa quando esticada resiste a explosões

Redação do Site Inovação Tecnológica - 01/07/2010

Cientificamente falando, o fio é um material auxético - um tipo de material que fica mais grosso quando é esticado. Além de cortinas antibomba, ele poderá ser usado em curativos e fios dentais. [Imagem: Exeter University]

Cientistas criaram um novo tipo de cortina de proteção que, quando esticada, torna-se mais grossa, e não mais fina.

Cortina antibomba

A nova cortina foi projetada para resistir ao impacto e capturar destroços de explosões e acidentes, como os vidros de uma janela ou da fachada de um prédio que se quebram durante tempestades muito fortes, ou mesmo de um carro-bomba.

Já existem no mercado cortinas de proteção com o mesmo objetivo. Fabricadas com malhas grossas e pesadas, contudo, elas ainda dependem de filmes aplicados sobre os vidros para evitar estilhaços.

O objetivo dos pesquisadores foi eliminar a necessidade de cobertura dos vidros e das paredes com filmes antiestilhaços, facilitando o uso da nova cortina também em situações de emergência, por bombeiros e esquadrões antibomba.

Material auxético

O segredo da nova cortina está nas fibras com que ela é tecida.

Uma fibra elástica funciona como núcleo do fio, ao redor da qual é enrolado um fio muito resistente e rígido. Quando este fio mais duro é posto sob tensão, ele se endireita. Isso faz com que a fibra elástica projete-se para fora, efetivamente aumentando o diâmetro do fio.

Cientificamente falando, o fio é um material auxético - um tipo de material que fica mais grosso quando é esticado.

A forma como os fios auxéticos são tecidos para formar a cortina também auxilia na sua capacidade de se tornar mais grossa quando recebe um impacto externo que tende a esticá-la.

A extensão do efeito auxético é determinada pelo ângulo exato em que o fio rígido é enrolado em torno da fibra elástica, e também pela relação de rigidez e diâmetro entre os dois.

A extensão do efeito auxético é determinado pelo ângulo exato em que o fio rígido é enrolado em torno da fibra elástica, e também pela relação de rigidez e diâmetro entre os dois. [Imagem: Auxetix]

Alterando estes parâmetros, é possível ajustar com precisão o desempenho do tecido resultante, tornando-o adequado para aplicações específicas - por exemplo, para suportar diferentes níveis de explosão ou impacto.

Ondas de choque

Outra característica fundamental da nova cortina é que, quando esticada, abrem-se pequenos poros em sua superfície. Além de serem pequenos demais para permitir a passagem de detritos e estilhaços, esses poros são projetados para deixar passar as ondas de choque de uma explosão. Isto reduz a força a que a cortina é submetida, diminuindo a probabilidade de que ela se rasgue.

Com apenas 1 a 2 milímetros de espessura, a cortina antiexplosão também pode ser fabricada de modo a permitir a passagem de uma quantidade razoável de luz natural.

Os testes comprovaram que o tecido auxético resiste a um impacto equivalente à explosão de um carro-bomba.

Curativos e fios dentais

Mas o tecido auxético também pode ser usado em aplicações menos explosivas.

Por exemplo, curativos feitos com o mesmo design resistirão muito melhor ao movimento do paciente. Os poros do material, além de permitirem uma melhor respiração do local afetado, poderão ser preenchidos com antibióticos, que serão liberados aos poucos.

Fios dentais que engrossam quando são esticados também poderão fazer uma limpeza mais eficaz do espaço entre a base dos dentes.

Lonas de proteção em áreas sujeitas a enchentes e deslizamentos são outra aplicação proposta pelos engenheiros da Universidade de Exeter, no Reino Unido, que estão desenvolvendo o novo material, que deverá ser comercializado pela empresa emergente Auxetix Ltd., criada pelos pesquisadores.

2010-07-01T05:46:00.000-07:00

Publicado em: Brasil Econômico (Destaque - Biotecnologia - Entrevista) em 23 de Junho de 2010

"Microsofts e googles não nascem todo mês"

Jornal Brasil Econômico publica reportagem especial sobre 10 anos do Projeto Genoma da Xylella e do Genoma Humano e traz como um dos destaques entrevista com Carlos Henrique de Brito Cruz, Diretor Científico da FAPESP.

Martha San Juan França

A revista Nature publicou novo artigo elogioso sobre o bom momento da ciência brasileira no dia 11 de junho deste ano. Nele, cita declarações do diretor científico daFapesp, Carlos Henrique Brito Cruz, segundo o qual, "as coisas estão realmente decolando". Na entrevista abaixo, Brito Cruz elogia o pioneirismo do Projeto Genoma pela Fapesp, mas diz que atualmente há outros igualmente importantes. E afirma que o fato de o genoma ter originado apenas duas empresas não é um mau sinal, mas bastante realista.

O que o senhor considera os resultados do Projeto Genoma da Xylella?

Foram vários, alguns diretamente relacionados ao projeto e outros de abrangência muito maior. Entre os diretamente relacionados está o conhecimento sobre o genoma da própria bactéria e de outros organismos que foram sequenciados em seguida. Foi importante também para a formação de pessoal capacitado para produzir ciência competitiva internacionalmente e spin-offs como a Alellyx e a Scylla. Isso elevou o grau de autoestima dos nossos cientistas, tendo como consequência a valorização da propriedade intelectual. Para a Fapesp, foi importante porque levou a programas de outra natureza, que se beneficiaram dessa experiência. O Bioen (Programa de Pesquisa em Bioenergia), por exemplo, não é um fruto do genoma, mas se beneficiou dele.

Um programa que gerou tantas expectativas não poderia ter originado mais empresas bem-sucedidas?

Essa é uma questão relativa. Eu acredito que duas empresas bem-sucedidas de base tecnológica são um número bastante significativo. Boas universidades internacionais, como o MIT e a Stanford, nos Estados Unidos, geram por ano seis a dez empresas, mas em diferentes áreas do conhecimento. As pessoas têm uma ideia de que as instituições acadêmicas do mundo criam microsofts e googles todo mês, o que não é verdade.

O senhor sente falta de outros projetos genomas na Fapesp?

É bom que haja programas como esse, mas é preciso ter em mente que nem todo progresso científico é feito desse jeito. Há pesquisas menores que contribuem muito e projetos individuais igualmente importantes. O que precisamos é buscar sempre a qualidade. Outra coisa importante é que o Genoma foi um programa bem-sucedido porque antes dele havia 40 anos de CNPq, Capes, Finep apoiando o desenvolvimento da ciência no Brasil. Em São Paulo, particularmente, havia pesquisadores, instituições e três universidades - a USP, a Unicamp e a Unesp.

O senhor pode dizer se atualmente a Fapesp tem outros projetos que podem ser comparados ao do genoma?

Considero que hoje temos três grandes programas em estágios diferentes de desenvolvimento igualmente importantes. Além do Bioen, temos o Biota, sobre a biodiversidade do Estado de São Paulo, e o programa de pesquisas sobre mudanças climáticas. Esse último dependia de um supercomputador que foi agora adquirido e deve começar a trazer resultados significativos. O Biota já está com resultados espetaculares que, inclusive, influenciam as políticas de conservação no Estado. Temos onze resoluções e quatro decretos balizados nos resultados obtidos pelos pesquisadores. E o Bioen abrange 60 projetos de pesquisa em várias áreas e tem a participação de empresas que participam em intensidade quase cem vezes maior do que no genoma.

Como está a integração universidade/empresa?

Hoje, há mais oportunidades do que há dez anos, mas a quantidade e a qualidade ainda é um pouco menor do que a gente vê em países mais desenvolvidos, onde existem mais empresas com programas ousados e centros de pesquisa avançados. A coisa vai melhorar à medida queo Brasil estiver mais exposto ao mercado mundial.

2010-05-04T09:47:00.000-07:00

Produção de Celulose Bacteriana: um material para o presente e para o futuro

Apesar da celulose vegetal ser a primeira no quesito de maior produção mundial e na memória da maioria das pessoas, um novo e promissor material está sendo estudado e desenvolvido, com a mesma fórmula molecular, mas com propriedades singulares, este material é a Celulose Bacteriana.

Levando em conta as dimensões nanométricas das fibras da Celulose Bacteriana (CB), que contrastam com as fibras de ordem micrométrica da celulose vegetal (que são 1000 vezes maiores), leva a incríveis aplicações que passam pela área médica, no desenvolvimento de materiais para regeneração de tecidos lesionados, aplicações em diagnósticos mais rápidos e de menor custo com os biosensores; até aplicações em áreas completamente diferentes, como é o caso dos dispositivos fotocrômicos, que mudam de cor em função da luminosidade, aplicações em fotônica, nos dispositivos de OLEDs (organic light emission diodes), filtragem e separação de resíduos tóxicos, biorremediação, nanomateriais, nanocompósitos, híbridos orgânico-inorgânicos, baterias, células combustíveis, entre outros.

O primeiro registro do aparecimento da celulose bacteriana data do século 19, encontrada em colônias de Gluconacetobacter xylinus em frutas em decomposição, mas a sua produção apenas começou a ser difundida e melhorada recentemente, e os maiores rendimentos de CB estão por volta de 15-20 g/L, em laboratório. Hoje, para alívio dos produtores de Eucalipto, o rendimento da CB ainda não tem competitividade com a celulose vegetal, com isso, seu preço ainda não é um atrativo, apesar de ser não tóxica, livre de impurezas, de fácil obtenção e de propriedades ímpares.

Na Ásia a CB é conhecida por seu uso na alimentação, sendo chamada de Nata de côco, que se assemelha muito com a nossa Maria Mole, mas com um sabor particular. É produzida em recipientes contendo diferentes tipos de chás, que servem como meio de cultura e atuam como fonte de carbono para os microorganismos.

Agora, existe um grande esforço para difundir as aplicações desse material para a indústria e a população, e ao mesmo tempo ampliar a aplicabilidade, trabalho realizado por químicos, físicos, farmacêuticos, engenheiros e biotecnólogos de algumas universidades brasileiras, como o Instituto de Química da UNESP de Araraquara, que tem várias linhas de pesquisa com este material bastante interessante.

Igor Donini

2009-06-09T08:02:00.000-07:00

Ótimo site sobre Sensores:

http://www.sensedu.com/menu.html

Até +

2009-06-09T08:01:00.000-07:00

Piezoeletricidade faz papel celofane virar material inteligente

O papel celofane já teve sua época de glória, muito conhecido do público em geral como papel para embrulhar presentes ou artigos culinários. Agora, pesquisadores norte-americanos e coreanos, trabalhando conjuntamente, descobriram que o quase esquecido celofane é um material inteligente, com aplicações de última geração.

Micro-aviões que batem as asas

Microrobôs, sensores biodegradáveis e micro-aviões de papel capazes de voar "batendo as asas" - estas são as aplicações do celofane, destacadas pelos pesquisadores em um artigo publicado no jornal Macromolecules.

Que a celulose tem um efeito piezoelétrico - ela se curva ligeiramente sob a ação de um campo elétrico - isso já é sabido há muito tempo. Mas, ao contrário dos cristais piezoelétricos, que "dão um tranco", o efeito sutil notado na celulose até hoje não havia atraído muito a atenção dos cientistas.

Papel inteligente

Agora a equipe liderada pelo professor Jaehwan Kim fez um experimento que lançou o celofane definitivamente na área dos materiais inteligentes; e com aplicações práticas muito promissoras.

Em sua experiência, eles construíram dois eletrodos, um de cada lado da borda de uma folha de celofane, na forma de duas finíssimas e estreitas camadas de ouro. Aplicando uma corrente nesses dois eletrodos, eles descobriram que o papel celofane se curva em direção ao pólo positivo.

Borboleta artificial

Para construir um avião, basta alternar rapidamente a voltagem - aplicando uma corrente alternada, ao invés de uma corrente contínua. Assim, o papel vibra na freqüência da corrente que o percorre, funcionando como o bater de asas. E está pronto o avião de papel mais "high-tech" do mundo. Ou, talvez, a primeira borboleta artificial já construída.

Seja como for, o aparato voador não precisará ter fios: a celulose é sensível o suficiente para ser sensibilizada por microondas, que podem ser dirigidas por uma antena até o avião-borboleta.

Mas os cientistas destacam que as maiores possibilidades de utilização estão em microescala: microrobôs e MEMS poderão ganhar mobilidade sem a necessidade de complicados motores - que, além do mais, consomem muita energia. Microrobôs "movidos a celofane" poderão ser acionados à distância, recebendo sua energia de uma antena de microondas.

Isso deverá simplificar muito o projeto e permitir a miniaturização desses sistemas microeletromecânicos. Que, além de tecnologicamente avançados, serão também ambientalmente corretos, já que a celulose é biodegradável.

Bibliografia:
Discovery of Cellulose as a Smart Material
Jaehwan Kim, Sungryul Yun, Zoubeida Ounaies
Macromolecules
May 19, 2006
Vol.: 39 (12), 4202 -4206, 2006
DOI: 10.1021/ma060261e S0024-9297(06)00261-0

Fonte: http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=010180060704

2009-06-09T08:00:00.002-07:00

Nanobateria de papel é fina, flexível e pode ser impressa

A nova nanobateria pode ser facilmente confundida com um pedaço de papel preto. E não é só na aparência que ela lembra o papel - ela é construída por métodos de impressão, de forma muito semelhante à utilizada para se imprimir uma carta em uma folha de papel A4.

Baterias finas e flexíveis

Não é só porque os equipamentos eletrônicos estão ficando cada vez menores que há necessidade de baterias finas e flexíveis. Novas aplicações, como equipamentos médicos implantáveis e equipamentos com telas flexíveis, que poderão ser enroladas, estão exigindo uma nova tecnologia de armazenamento de energia que os viabilize.

Foi pensando nisso que os engenheiros do Instituto Politécnico Rensselaer, dos Estados Unidos, desenvolveram a nanobateria de papel. O armazenamento de energia é feito em uma camada de polímero ao qual são incorporados nanotubos de carbono - o material resultante é chamado de nanocompósito. O eletrólito é um líquido iônico, uma espécie de sal que não evapora.

Nanobateria de papel

A semelhança com o papel não é mera coincidência: mais de 90% da nanobateria é composta de celulose. Mesmo assim ela é completamente integrada - não exige componentes externos - e pode ser fabricada por métodos de impressão.

O resultado é uma bateria super-leve, fina como papel e completamente flexível (para conhecer outra bateria com características semelhantes veja Nova bateria é fina como papel e recarrega em 30 segundos). A flexibilidade é um ítem importante porque passa a ser possível colocar a bateria em espaços irregulares, dando liberdade de design aos projetistas e tirando proveito de áreas ociosas no interior dos equipamentos.

Bateria e capacitor

Os nanotubos de carbono são infundidos no papel de forma alinhada. Além de darem a coloração preta à bateria de papel, os nanotubos funcionam como eletrodos e permitem que o nanocompósito conduza eletricidade.

O nanocompósito pode funcionar de duas formas: como uma bateria tradicional, que substitui as atuais baterias de lítio e como um supercapacitor, um dispositivo que acumula energia e a libera de forma quase instantânea. Nos sistemas eletrônicos atuais, baterias e capacitores são componentes separados.

"Nós não estamos juntando peças, este é um dispositivo único, integrado," diz o pesquisador Robert Linhardt. "Os componentes são molecularmente ligados uns aos outros: a impressão de nanotubos de carbono é incorporada no papel, e o eletrólito é embebido no papel. O resultado é um dispositivo que se parece visualmente e pelo tato e pesa exatamente como um papel."

Bibliografia:
Flexible Energy Storage Devices Based on Nanocomposite Paper
Robert Linhardt, Pulickel M. Ajayan, Omkaram Nalamasu, Victor Pushparaj, Shaijumon M. Manikoth, Ashavani Kumar, Saravanababu Murugesan, Lijie Ci, Robert Vajtai
Proceedings of the National Academy of Sciences
Aug. 13 2007
Vol.: In review

Fonte: http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=010115070815

2009-06-09T08:00:00.001-07:00

Superpapel é flexível e tão difícil de rasgar quanto o ferro

[Imagem: American Chemical Society]

Tão flexível quanto o papel, tão leve quanto o papel. Mas tão difícil de rasgar quanto uma folha de ferro fundido. Assim é o nanopapel de celulose, criado por uma equipe de pesquisadores do Japão e da Suécia.

Nanopartículas de celulose

Construído de partículas submicroscópicas de celulose, o superpapel poderá ter grande utilidade como elemento estrutural na construção civil. Não existe nenhum material hoje que seja comparável a ele em termos de flexibilidade, leveza e resistência.

O pesquisador Lars A. Berglund, que faz parte da equipe que desenvolveu o nanopapel, afirma que o novo material também poderá entrar como elemento para a fabricação de compósitos para utilização em virtualmente qualquer aplicação.

Compósitos de celulose

Embora os compósitos à base de celulose, que já existem, sejam geralmente muito resistentes à tração, eles não são flexíveis, quebrando-se facilmente quando se tenta dobrá-los.

Para fabricar o nanopapel, os cientistas deixaram a celulose de madeira em solução em um banho químico, cuja composição determina a resistência do nanopapel, que poderá ser ajustada de acordo com a aplicação.

Os testes mostraram que o nanopapel atinge uma resistência à tração de 214 MPa, bem acima dos 130 MPa do ferro fundido. O papel de alta resistência mais forte conhecido até hoje havia atingido 103 MPa.

Bibliografia:
Cellulose Nanopaper Structures of High Toughness
Marielle Henriksson, Lars A. Berglund, Per Isaksson, Tom Lindstro, Takashi Nishino
Biomacromolecules
Vol.: 9 (6), 1579-1585
DOI: 10.1021/bm800038n

Fonte: http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=super-papel---nanopapel-e-mais-dificil-de-rasgar-que-o-ferro&id=010160080613

2009-06-09T07:59:00.001-07:00

Transístor de papel é construído por cientistas portugueses

[Imagem: Cenimat]

O termo papel eletrônico foi cunhado para descrever componentes eletrônicos que se tornaram finos e flexíveis, lembrando as propriedades físicas do papel. Mas agora uma equipe de cientistas da Universidade Nova de Lisboa, em Portugal, inverteu os termos da equação e utilizou papel mesmo para criar transistores eletrônicos totalmente funcionais.

Transístor de papel

Coordenados pelos professores Elvira Fortunato e Rodrigo Martins, os pesquisadores portugueses utilizaram uma folha de papel comum como camada dielétrica para construir um transístor de efeito de campo (FET - Field Effect Transistor).

O transístor com a camada intermediária de papel apresentou desempenho eletrônico comparável ao dos mais modernos transistores de filmes finos (TFT - Thin Film Transistors) que, em vez de papel, utilizam camadas isolantes de vidro ou silício cristalino.

Componentes eletrônicos de biopolímeros

Um transístor de papel não é uma mera curiosidade. Tem havido um interesse crescente entre pesquisadores do mundo todo na utilização de biopolímeros para baratear os custos dos componentes eletrônicos. E, como a celulose é o principal biopolímero encontrado na Terra, nada mais natural do que utilizá-la.

Outros grupos de pesquisadores já haviam relatado o uso de celulose como substrato - uma camada de suporte físico - na construção de componentes eletrônicos. Até agora, porém, ninguém havia conseguido utilizar o papel como "interestrato" - camada intermediário de isolamento - em um transístor.

Na verdade, os cientistas portugueses utilizaram o papel tanto como "interestrato" quanto como substrato, já que eles construíram os transistores dos dois lados da folha de papel. "É um dois em um," simplifica a Dra. Elvira.

Aplicações do transístor de papel

Segundo os pesquisadores, o desempenho eletrônico do transístor de papel supera o desempenho dos TFTs de silício amorfo e é comparável ao dos TFTs de silício cristalino.

A demonstração do funcionamento dos transistores de papel abre grandes perspectivas para o barateamento de aplicações como os próprios papéis eletrônicos - agora sim, feitos de papel mesmo, - além das etiquetas RFID e diversos tipos de bioaplicações, onde o circuito eletrônico poderá ser incorporado a dispositivos biomédicos.

Bibliografia:
High Performance Flexible Hybrid Field Effect Transistors based on Cellulose Fiber-Paper
Elvira Fortunato, Nuno Correia, Pedro Barquinha, Luís Pereira, Gonçalo Gonçalves, Rodrigo Martins
IEEE Electron Device
September 2008
Vol.: 55, 2008

Fonte: http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=transistor-de-papel-e-construido-por-cientistas-portugueses&id=010110080722

2009-06-09T07:58:00.002-07:00

Próteses inteligentes diminuem risco de rejeição

Superfícies de titânio tratadas com nanotecnologia poderão ajudar no desenvolvimento de próteses inteligentes.[Imagem: Nano Letters]

Com coordenação canadense e contribuição brasileira, uma equipe internacional multidisciplinar está desenvolvendo novas estratégias para o tratamento químico de superfícies metálicas que poderão, no futuro, ter aplicações em implantes médicos e dentários, minimizando a rejeição de próteses metálicas pelo corpo humano.

Superfícies inteligentes

O estudo, publicado na revista Nano Letters, parte das recentes descobertas no campo da nanotecnologia e utiliza a modificação química para produzir metais com superfícies inteligentes, capazes de interagir positivamente com as células e ajudando a controlar a reação biológica.

Coordenada pelo professor Antonio Nanci, da Faculdade de Medicina Odontológica da Universidade de Montreal, a equipe inclui pesquisadores da Universidade McGill, do Instituto Nacional de Pesquisa Científica do Canadá, da empresa Plasmionique e da Universidade de São Paulo (USP).

Tratamento químico de superfícies metálicas

De acordo com um dos autores do artigo, o brasileiro Paulo Tambasco de Oliveira, do Departamento de Morfologia Estomatologia e Fisiologia da Faculdade de Odontologia de Ribeirão Preto (Forp) da USP, o tratamento químico de superfícies metálicas para utilização em implantes não é uma novidade. Mas ao modificar a topografia dessas superfícies na nanoescala, o grupo tem conseguido ampliar a versatilidade desses processos.

"O estudo apresenta a versatilidade das novas soluções utilizadas para tratamento químico de superfícies metálicas para modificações na nanoescala - a dimensão em que ocorre a sinalização celular - e mostra que as alterações nas células do organismo acontecem tanto na expressão gênica como na expressão de proteínas", disse Tambasco à Agência FAPESP.

O procedimento é capaz de provocar a formação de nanotopografias com poros de dimensões de 20 a 30 nanômetros, que, de acordo com Tambasco, influenciam diversos processos biológicos, favorecendo a interação com o organismo. "Essas superfícies estimulam diretamente as células e por isso são uma potencial alternativa ao uso de moléculas bioativas", disse.

Próteses inteligentes

O aprimoramento dessas estratégias, de acordo com os autores, poderá aumentar significativamente as chances de sucesso de próteses ortopédicas, dentárias e cardiovasculares.

"Uma das principais vantagens é o efeito celular seletivo. No caso de uma prótese vascular, por exemplo, é importante limitar a adesão celular a fim de não prejudicar a circulação sanguínea. No caso de implantes dentários, um dos desafios é impedir a formação de cápsula conjuntiva, o que prejudica sua estabilidade. O desenvolvimento de nanotopografias pode controlar seletivamente o crescimento celular", disse Tambasco.

Os pesquisadores testaram os procedimentos para a modificação da superfície de metais biomédicos como o titânio. O tratamento foi feito com misturas selecionadas de ácidos e oxidantes. A equipe testou os efeitos das superfícies metálicas nanoporosas produzidas quimicamente sobre o crescimento e desenvolvimento de células in vitro.

Aumento do crescimento celular

Foi constatado que, em comparação às superfícies lisas não tratadas, as superfícies produzidas aumentam o crescimento das células ósseas e favorecem o desenvolvimento de células-tronco. A manifestação de genes necessários à adesão e ao crescimento celular também aumentou em contato com as superfícies nanoporosas.

"Justamente por ser uma abordagem inovadora de tratamentos químicos simples, notoriamente eficazes para modificar metais amplamente utilizados para próteses, esse estudo tem potencial para proporcionar o desenvolvimento de materiais inteligentes que sejam aceitos pelo organismo, mas que respondam ativamente ao meio biológico", disse o professor.

O estudo envolveu pesquisadores das áreas de engenharia de materiais, química, física, odontologia e biologia celular e molecular. "A equipe brasileira, concentrada no Laboratório de Cultura de Células da Forp, criado há dez anos pelo professor Adalberto Luiz Rosa, deu contribuição significativa ao estudo canadense", disse.

Bibliografia:
Nanoscale Oxidative Patterning of Metallic Surfaces to Modulate Cell Activity and Fate
Fiorenzo Vetrone, Fabio Variola, Paulo Tambasco de Oliveira, Sylvia Francis Zalzal, Ji-Hyun Yi, Johannes Sam, Karina F. Bombonato-Prado, Andranik Sarkissian, Dmitrii F. Perepichka, James D. Wuest, Federico Rosei, Antonio Nanci
Nano Letters
January 21, 2009
Vol.: Articles ASAP
DOI: 10.1021/nl803051f

Fonte: http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=proteses-inteligentes-diminuem-risco-de-rejeicao&id=010160090202

2009-06-09T07:58:00.001-07:00

Biochip faz exame de laboratório com tecnologia de discos rígidos

Protótipo do novo biochip, que utiliza a tecnologia das cabeças de leitura dos HDs para detectar agentes patogênicos.[Imagem: American Chemical Society]

Cientistas norte-americanos utilizaram a mesma tecnologia empregada na leitura dos discos rígidos de computador para criar um novo biochip capaz de analisar amostras biológicas com uma precisão inédita.

Biochips são minúsculos laboratórios de análises clínicas do tamanho de um chip de computador, que prometem revolucionar o diagnóstico de doenças, permitindo que os exames laboratoriais sejam feitos em casa ou, no máximo, no próprio consultório médico.

Magnetorresistência gigante

O novo biochip utiliza o efeito da magnetorresistência gigante (GMR - Giant MagnetoResistance), empregado nas cabeças de leitura dos discos rígidos de computadores. Esse fenômeno rendeu o Prêmio Nobel de Física aos seus descobridores no ano passado (veja Tecnologia de discos rígidos dá Prêmio Nobel de Física a fundadores da spintrônica).

Agora uma equipe de quatro universidades norte-americanas utilizou a mesma tecnologia para construir um biochip que consegue detectar aglomerados magnéticos de dimensões microscópicas.

Bioanálises

"Vários laboratórios já começaram a fazer a transição da GMR do domínio do armazenamento digital de dados para o domínio das ciências bioanalíticas," comentam os pesquisadores em seu artigo. "Nós acreditamos que, apostando nos avanços feitos na indústria de gravação magnética (por exemplo, nos tocadores de música digital), um dispositivo robusto, portátil, capaz de detectar eventos de ligações [moleculares] individuais está literalmente no horizonte."

A precisão herdada da cabeça de leitura dos discos rígidos significa que o novo biochip, que ainda está em fase laboratorial, é capaz de detectar amostras ainda menores do que as que podiam ser analisadas com outras versões de microlaboratórios.

Bibliografia:
Giant Magenetoresistive Sensors
Rachel L. Millen, John Nordling, Heather A. Bullen, Marc D. Porter, Mark Tondra, Michael C. Granger
Analytical Chemistry
October, 2008
Vol.: 80 (21), 7940-7946
DOI: 10.1021/ac800967t

Fonte: http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=biochip-faz-exame-de-laboratorio-com-tecnologia-de-discos-rigidos&id=010110081117

2009-06-09T07:57:00.000-07:00

Processamento biológico da informação abre caminho para um futuro não-digital

[Imagem: Katsaggelos/Tsaftaris]

A emergente área do processamento biológico da informação pode abrir caminho para um futuro que poderá não ser tão digital quanto se imagina.

Fungos processando sinais de áudio, bactérias armazenando imagens, moléculas de DNA funcionando como circuitos lógicos, todas são possibilidades reais, algumas delas já testadas em escala de laboratório.

Futuro não-tão-eletrônico

Os cientistas Sotirios Tsaftaris e Aggelos Katsaggelos acreditam que este é apenas o começo do nascente campo do processamento biológico da informação. Em um artigo que analisa o impacto dos progressos recentes na área, feitos ao longo dos últimos 10 anos, eles avaliam que pode estar se descortinando um "futuro possivelmente não-tão-eletrônico".

O processamento de sinais digitais utiliza soluções matemáticas, aplicadas por meio de diversas técnicas, para manipular sinais representativos de dados, imagens ou músicas, depois que eles foram convertidos para o formato digital.

Ao longo dos últimos 10 anos, contudo, diversas equipes têm experimentado materiais diferentes daqueles comumente utilizados pela indústria eletrônica.

Processamento biológico

Alguns compostos químicos, por exemplo, podem ser totalmente misturados, mas não reagirão até que incida luz sobre eles - um mecanismo que pode ser utilizado para gravar uma imagem, bastando fazer incidir um foco de luz sobre uma filme antes transparente. Até mesmo técnicas de melhoramento das imagens, como reforço de contorno, podem ser aplicadas, variando-se a acidez da mistura.

O Instituto de Tecnologia de Massachusetts já possui uma competição anual na qual seus estudantes projetam sistemas biológicos que possam executar cálculos computacionais básicos.

Processamento orgânico

O grande ímpeto na área veio com a utilização de moléculas de DNA para armazenar informações digitais. Os dados podem ser codificados no DNA, que é mantido em meio líquido para economia de espaço. Mas as moléculas de DNA também podem ser utilizadas para o processamento dos sinais digitais (veja Grave seus dados no DNA de uma bactéria e deixe-os passar de geração em geração).

Outros cientistas estão fazendo avançar a área teórica, mesmo antes que a tecnologia seja capaz de incorporá-las em dispositivos práticos. Já estão disponíveis, por exemplo, algoritmos que poderão ser utilizados pela biotecnologia para a detecção mais rápida de doenças.

Mas Tsaftaris e Katsaggelos vão além, e sonham com o dia em que será possível implementar o processamento inteiramente orgânico da transformada rápida de Fourier - um método largamente utilizado para a extração de informações úteis de amostras de sinais digitais.

Para conhecer alguns dentre os muitos avanços da área, veja NASA cria circuitos integrados bacterianos, Bactéria geneticamente modificada tira fotografia de alta resolução e Bactérias poderão ajudar a construir chips mais velozes.

Bibliografia:
The Not So Digital Future of Digital Signal Processing
Sotirios A. Tsaftaris, Aggelos K. Katsaggelos
Proceedings of the IEEE
March 2008
Vol.: 96, Issue 3, Pages: 375-377
DOI: 10.1109/JPROC.2007.913496

Fonte: http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=processamento-biologico-da-informacao-abre-caminho-para-um-futuro-nao-digital&id=010150080416

2009-06-09T07:55:00.000-07:00

Descoberto motor flexoelétrico no interior do ouvido humano

O motor elétrico biológico, chamado de motor flexoelétrico, fica em pequenas células tubulares chamadas estereocílios, parecidas com pelos, localizadas no ouvido interno.[Imagem: PLoS One]

Pesquisadores norte-americanos descobriram "motores flexoelétricos" no interior do ouvido humano, usados para amplificar o som mecanicamente.

"Nós estamos relatando a descoberta de um novo motor em nanoescala no ouvido,"' diz Richard Rabbitt, um dos autores da descoberta. "O ouvido tem um amplificador mecânico em seu interior que usa energia elétrica para fazer amplificação mecânica.

Motor elétrico biológico

O motor elétrico biológico fica em pequenas células tubulares chamadas estereocílios, parecidas com pelos, localizadas no ouvido interno. Quando as ondas sonoras que chegam ao ouvido, elas fazem esses túbulos balançarem, o mecanismo dos motores flexoelétricos entra em funcionamento e amplificam o som, ampliando nossa capacidade de audição.

"É como a direção de um carro," explica Rabbitt. "Você gira o volante e adiciona potência mecânica. Aqui, o som que chega faz o papel das suas mãos girando o volante. Mas, para virar, você tem que fazer força. Esses aglomerados ciliares adicionam a potência necessária ao som."

O grupo do Dr. Rabbitt ainda especula que a conversão flexoelétrica, que transforma a eletricidade em trabalho mecânico, pode estar envolvida em outros processos em nosso organismo, como na formação da memória e até mesmo na digestão.

Funcionamento do motor flexoelétrico

Quando o som entra na cóclea e alcança essas minúsculas células tubulares - os estereocílios - a pressão do som faz com que elas balancem de um lado para o outro, como se fossem um bambu ao vento.

Os túbulos estão interconectados por seus topos, unidos por filamentos de proteína. No ponto onde cada filamento entra em contato com a extremidade de cada túbulo, há um canal iônico que abre e fecha conforme os estereocílios balançam para um lado e para o outro.

Quando o canal se abre, íons de cálcio e potássio (átomos eletricamente carregados) fluem para os túbulos. Isso altera a tensão ao longo da membrana que envolve cada estereocílio, fazendo os túbulos flexionarem-se e dançarem ainda mais.

Esse movimento mecânico de balanço amplifica o som e, em última instância, libera neurotransmissores na base das células tubulares, enviando o sinal elétrico equivalente ao som pelos nervos até o cérebro.

O mecanismo da flexoeletricidade era conhecido há várias décadas, mas acreditava-se que ele só ocorresse em membranas. O que os pesquisadores notaram é que os estereocílios são, na verdade, membranas enroladas.

Bibliografia:
Hair Cell Bundles: Flexoelectric Motors of the Inner Ear
Kathryn D. Breneman, William E. Brownell, Richard D. Rabbitt
PLoS ONE
Vol.: 4(4): e5201
DOI: 10.1371/journal.pone.0005201

Fonte: http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=descoberto-motor-flexo-eletrico-interior-ouvido-humano&id=010180090601

2009-06-09T07:54:00.001-07:00

Braçadeira biomecânica tira eletricidade do movimento dos joelhos

O gerador biomecânico é montado sobre um chassi de alumínio e fixado por uma braçadeira ortopédica.[Imagem: Greg Ehlers/Simon Fraser University.]

Cientistas da Universidade de Michigan, nos Estados Unidos, desenvolveram um equipamento capaz de gerar energia a partir do movimento dos joelhos. O aparelho utiliza o mesmo princípio de captura de energia regenerativa, atualmente utilizado nos veículos híbrido-elétricos para gerar energia para as baterias a partir da energia gasta para frear o veículo.

Gerador regenerativo

Os freios regenerativos utilizam a energia cinética que seria desperdiçada como calor à medida em que o carro diminui de velocidade. A nova braçadeira para o joelho captura a energia perdida quando o joelho funciona como uma espécie de freio - isso acontece quando a pessoa projeta a perna para a frente para dar um novo passo.

"Há energia para ser capturada em vários lugares do corpo, e você pode usá-la para gerar eletricidade. O joelho é provavelmente o melhor lugar," explica Arthur Kuo, um dos autores do projeto. "Durante o andar, você dissipa energia em vários pontos, quando seu pé toca o solo, por exemplo."

Joelheira geradora de energia

A joelheira geradora de energia exige menos de um watt de energia metabólica extra do seu usuário, para cada watt de eletricidade gerada. Segundo os pesquisadores, uma lanterna acionada manualmente requer 6,4 watts de energia metabólica para gerar 1 watt de eletricidade.

Mas os pesquisadores afirmam que o protótipo ainda é pesado e que o rendimento poderá ser melhorado, tendo quase nenhum impacto sobre o caminhante depois que ele tiver sido totalmente desenvolvido.

Bibliografia:
Biomechanical Energy Harvesting: Generating Electricity During Walking with Minimal User Effort
J. M. Donelan, Q. Li, V. Naing, J. A. Hoffer, D. J. Weber, Arthur D. Kuo
Science
8 February 2008
Vol.: 319: 807-810
DOI: 10.1126/science.1149860

Fonte: http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=bracadeira-biomecanica-tira-eletricidade-do-movimento-dos-joelhos&id=020115080208

2009-06-09T07:53:00.000-07:00

Amplificador visual é nova alternativa para olho biônico

Pontos quânticos, nanopartículas que emitem luz, já são utilizadas para visualização de estruturas celulares.[Imagem: NIH]

Os olhos biônicos, equipamentos capazes de restaurar a visão de pessoas inteiramente cegas ou com problemas de visão extremamente sérios, são ainda uma promessa, apesar do grande número de pesquisas e dos vários testes em andamento.

A quase totalidade dessas pesquisas concentra-se no desenvolvimento de chips contendo sensores, muito semelhantes aos existentes nas câmeras digitais. Os sensores captam a luz e os sinais são enviados diretamente ao nervo óptico.

Amplificador visual

Mas o Dr. Jeffrey Olsen, da Universidade do Colorado, nos Estados Unidos, acredita ter descoberto um enfoque mais simples e mais promissor.

Em vez substituir as células fotossensíveis da retina danificada, o Dr. Olsen afirma que é mais simples amplificar a luz captada pelas células naturais, que geralmente ainda têm uma pequena sensibilidade, mas não o suficiente para ativar o nervo óptico e fazer com que a pessoa enxergue.

Pontos quânticos

A solução consiste no implante de pontos quânticos, nanopartículas com altíssima sensibilidade à luz. Os pontos quânticos são formados por materiais semicondutores que fluorescem quando atingidos pelos fótons e podem funcionar como uma espécie de amplificador visual, reforçando os sinais que chegam às células da retina.

A técnica tem várias vantagens. A maior delas é que os pontos quânticos não precisam uma fonte externa de energia, o que reduz a complexidade e as dimensões do dispositivo a ser implantado no olho. Embora os testes com os olhos biônicos tradicionais, baseados em sensores, estejam apresentando resultados promissores, eles ainda dependem de uma miniaturização futura, porque o chip implantado é grande e acaba impedindo o funcionamento das células da retina que ainda funcionam.

Biocompatibilidade

Os pontos quânticos não são o melhor exemplo de material biocompatível, podendo mesmo ser altamente tóxicos. Contudo, é possível revesti-los com materiais bioativos que não apenas os tornam inertes ao organismo, como também garantem que eles fiquem restritos a tecidos específicos da retina.

A grande desvantagem da nova técnica é que ela somente poderá ser aplicada aos pacientes que ainda possuem células vivas na retina. Contudo, segundo o Dr. Olsen, isso atende à grande maioria dos deficientes visuais.

Testes em ratos

Os primeiros testes feitos em ratos são promissores. Os animais que tiveram os pontos quânticos injetados em suas retinas apresentam uma maior atividade elétrica do que os animais normais, o que demonstra o funcionamento da técnica de amplificação visual.

A nova abordagem para restauração da visão já foi patenteada, mas ainda não há previsões de quando os testes em humanos irão começar, principalmente devido às questões da toxicidade dos pontos quânticos, que exigirão maiores pesquisas para que sejam aprovadas pelas autoridades de saúde.

Fonte: http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=amplificador-visual-alternativa-para-olho-bionico&id=010110090120

2009-06-09T07:50:00.002-07:00

Energia biomecânica vira eletricidade graças a nanogerador

Redação do Site Inovação Tecnológica - 03/03/2009

[Imagem: Zhong Lin Wang]

Que tal recarregar o seu notebook ou o seu telefone celular aproveitando a energia dos seus dedos ao acionarem o teclado? Ou acompanhar a música que você ouve no seu MP3, usando a vibração das suas cordas vocais para recarregar as baterias do seu som portátil?

Nanogeradores

Estas são algumas das possibilidades abertas pela pesquisa do professor Zhong Li Wang, da Universidade da Geórgia, nos Estados Unidos. Esta é a quinta geração dos nanogeradores construídos por esta equipe de pesquisadores (veja Nanogeradores usam movimento do corpo para gerar energia).

"Usando a nanotecnologia, nós demonstramos uma forma de converter mesmo a mais irregular energia biomecânica em eletricidade. Esta tecnologia pode converter qualquer distúrbio mecânico em energia elétrica," diz o Dr. Wang.

A energia dos ramsters

Para mostrar uma forma verdadeiramente inusitada de produzir energia alternativa, os pesquisadores usaram seus nanogeradores em ramsters de laboratório, fazendo-o produzir eletricidade enquanto se exercitavam nas rodas de suas gaiolas.

Talvez os ramsters não se tornem a solução para a crise energética, mas a demonstração dá o tom da versatilidade dos novos nanogeradores. "Até mesmo uma bandeira balançando ao vento pode ser utilizada para gerar eletricidade," diz o pesquisador.

Aproveitar essas energias irregulares de baixa frequência é significativo porque elas estão presentes em todos os lugares, inclusive no corpo humano, que as gera ao falar, andar e fazer qualquer outro tipo de movimento, como quando usamos o teclado do computador.

Efeito piezoelétrico

A eletricidade produzida pelos nanogeradores é gerada pelo efeito piezoelétrico, um fenômeno pelo qual determinados materiais - como nanofios de óxido de zinco - produzem cargas elétricas quando eles são flexionados. Os nanofios utilizados pelos pesquisadores têm entre 100 e 800 nanômetros de diâmetro e de 100 a 500 micrômetros de comprimento.

Os fios de óxido de zinco recebem uma capa protetora de polímero flexível. A seguir, eles são fixados a eletrodos metálicos de um lado e a um diodo Shottky do outro, para controlar o fluxo de corrente. Este conjunto forma um nanogerador, que pode ser utilizado individualmente ou formando conjuntos para o aproveitamento de energias mecânicas mais intensas.

O pulsar das minhas veias

Na experiência com os hamsters, quatro nanogeradores foram presos às patas do animal, gerando 0,5 nanoampere. Como são minúsculos, os pesquisadores afirmam que milhares deles poderão ser entretecidos em luvas e em roupas, gerando energia suficiente para recarregar as baterias de telefones celulares, tocadores de MP3 e outros aparelhos portáteis.

Até mesmo o pulsar das veias poderá ser utilizado para gerar energia e abastecer nanodispositivos e sensores médicos, destinados a monitorar sinais vitais, como os batimentos cardíacos e a pressão sanguínea, enviando os resultados continuamente para um monitor remoto.

Bibliografia:
Converting Biomechanical Energy into Electricity by a Muscle-Movement-Driven Nanogenerator
Rusen Yang, Yong Qin, Cheng Li, Guang Zhu, Zhong Lin Wang
Nano Letters
February 9, 2009
Vol.: ASAP Article
DOI: 10.1021/nl803904b

Fonte: http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=energia-biomecanica-eletricidade-nanogerador&id=010115090303

2009-06-09T07:50:00.001-07:00

Progresso nos tecidos artificiais para transplantes: DNA com nanotubos

Redação do Site Inovação Tecnológica - 08/06/2009

Se as doações de órgãos são um problema eterno para a medicina e para quem precisa deles, a doação de pele é ainda mais problemática. Necessária principalmente para cirurgias em pessoas vítimas de queimaduras, mas também em cirurgias plásticas, é virtualmente impossível conseguir doações nos momentos e nas quantidades necessárias.

É por isto que os pesquisadores trabalham tão arduamente no desenvolvimento de técnicas que permitam a cultura em laboratório ou o desenvolvimento de peles artificiais. Não é uma tarefa fácil: os tecidos humanos possuem uma combinação única de resistência, suavidade e flexibilidade.

Fitas de DNA com nanotubos de carbono

Agora, uma equipe de cientistas australianos e coreanos deu mais um passo para que a ciência vença o desafio de produzir tecidos artificiais que sejam compatíveis com o organismo humano. E, embora a pesquisa visasse o desenvolvimento de peles artificiais, o material resultante poderá ser útil para a fabricação de outros tipos de tecidos biocompatíveis.

O grupo dos professores Geoffrey M. Spinks e Seon Jeong Kim criou um novo material esponjoso, altamente poroso, cujas propriedades mecânicas assemelham-se muito com a suavidade dos tecidos biológicos. O novo geral é formado por uma rede robusta de fitas de DNA e de nanotubos de carbono.

Andaime biológico

Os tecidos moles do corpo humano, como os tendões, músculos, artérias, pele e outros órgãos, obtêm seu suporte mecânico de uma matriz extracelular, uma rede de nanofibras formadas por proteínas. Proteínas com diferentes morfologias geram tecidos com diferentes "durezas".

O que os pesquisadores descobriram foi uma técnica para produzir uma matriz de suporte artificial que imita o trabalho feito pelas proteínas, uma espécie de "andaime" onde as células dos tecidos poderão crescer.

O novo material usa fitas de DNA para envolver e "amarrar" nanotubos de carbono, formando um gel. Os nanotubos de carbono são tubos ocos de carbono com apenas alguns átomos de espessura, mas com uma resistência mecânica superior à do aço.

Imitando a estrutura protéica natural

O processo de entrelaçamento entre as fitas de DNA e os nanotubos de carbono acontece na presença de um líquido iônico.

A solução resultante pode ser aspergida sobre uma superfície, como se fosse um spray. Quando seca, o material forma uma estrutura altamente porosa, constituída por uma rede de nanofibras interconectadas com apenas 50 nanômetros de largura. Ao ser mergulhado em uma solução de cloreto de cálcio, as fitas de DNA se entrecruzam, tornando as nanofibras mais densas e mais fortemente conectadas.

Está pronto o material sintético que imita a estrutura protéica natural, elástico e resistente como os tecidos biológicos. Agora ele poderá ser utilizado para a cultura de células, que se desenvolverão no interior de suas estruturas microscópicas.

Sensor cardíaco

A pesquisa prosseguirá, com testes sobre a biocompatibilidade e a análise da toxicidade do material, sobretudo pela presença dos nanotubos de carbono em sua composição.

Mas o material já está chamando a atenção para outras utilizações. Uma propriedade inesperada, apresentada por este "andaime celular", é que ele é um bom condutor elétrico.

Além da fabricação de eletrodos para atuadores mecânicos, os cientistas afirmam que é possível utilizá-lo para fabricar sistemas de armazenamento de energia, novos tipos de baterias e até sensores para uso no interior do corpo humano.

Os testes demonstraram que o novo material funciona como um sensor de peróxido de hidrogênio, um composto químico importante para o desempenho dos músculos do coração e que está associado a diversas doenças cardíacas. Um sensor robusto, e com elasticidade semelhante à do próprio músculo cardíaco, será de grande valia para novas pesquisas nesta área.

Bibliografia:
Tough Supersoft Sponge Fibers with Tunable Stiffness from a DNA Self-Assembly Technique
Chang Kee Lee, Su Ryon Shin, Ji Young Mun, Sung-Sik Han, Insuk So, Ju-Hong Jeon, Tong Mook Kang, Sun I. Kim, Philip G Whitten, Gordon G. Wallace, Geoffrey M. Spinks, Seon Jeong Kim
Angewandte Chemie International Edition
Vol.: Articles online in advance of print
DOI: 10.1002/anie.200804788

Fonte: http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=tecidos-artificiais-transplantes-dna-nanotubos&id=010160090608

2009-06-09T07:45:00.000-07:00

Biochip detecta infecção de vírus em cinco minutos

Redação do Site Inovação Tecnológica - 08/06/2009

Uma espécie de laboratório clínico do tamanho de um chip de computador é capaz de detectar em cinco minutos se uma pessoa está ou não infectada com um vírus. O aparelho tem precisão para detectar um único vírus.[Imagem: UTwente]

Pesquisadores da Universidade de Twente, na Holanda, desenvolveram um biochip, uma espécie de laboratório clínico do tamanho de um chip de computador, que é capaz de detectar em cinco minutos se uma pessoa está ou não infectada com um vírus.

O aparelho é também capaz de detectar infecções com bactérias específicas, além de identificar proteínas e moléculas de DNA. Em várias doenças, a análise de marcadores específicos presentes na saliva pode determinar se uma pessoa está doente ou não.

Detecção do vírus A H1N1 em 5 minutos

Tudo o que é necessário para o funcionamento do biochip é uma amostra de saliva, sangue ou outro fluido corporal, dependendo do tipo de análise a ser feita, e um receptor, uma substância que se liga a um microorganismo específico ou a uma substância biológica.

Por exemplo, no caso de um vírus, um anticorpo específico para aquele tipo de vírus serve como receptor. Os pesquisadores afirmam que, se já dispusessem de um anticorpo específico para a gripe A H1N1, eles poderiam verificar se uma pessoa está infectada ou não com o novo vírus em apenas cinco minutos.

Os pesquisadores criaram uma empresa, chamada Ostendum, para comercializar o novo aparelho. O primeiro protótipo já está pronto e a intenção é de que o novo aparelho possa ser comercializado ainda em 2010.

Detectando um único vírus

O aparelho completo consiste de duas partes: o biochip propriamente dito e um detector portátil. O chip contém canais microscópicos que são recobertos com os receptores dos microorganismos específicos que se planeja detectar.

A amostra de sangue ou saliva é injetada no interior dos microcanais por meio de um sistema de fluidos. Para saber se algum microorganismo ligou-se aos receptores, a luz de um laser miniaturizado é injetada nos microcanais. A conexão entre microorganismo e receptor produz um padrão de interferência na luz do laser, que pode ser detectada por um sensor.

Outro elemento destacado pelos pesquisadores é a altíssima sensibilidade do novo biochip: segundo eles, o equipamento é capaz de detectar a ligação de uma única partícula de vírus.

Fonte: http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=biochip-detecta-infeccao-virus-cinco-minutos&id=010110090608