Nanociência no Ensino Básico

Sensor de antimatéria mais preciso já construído

2015-11-14T08:40:00.002-02:00

Sensor de antimatéria mais preciso já construído

Redação do Site Inovação Tecnológica - 13/11/2015

É um componente único, construído com silício mil vezes mais puro do que o utilizado nos transistores dos processadores de computador. [Imagem: L. Andricek/HLL@MPG]

Sensor de antimatéria

Antimatéria não é algo que se encontre por aí facilmente - felizmente -, ainda que os físicos não saibam exatamente porquê.

Como a antimatéria aniquila-se com matéria assim que as duas se encontram, produzindo uma emissão de raios gama, os cientistas atualmente estão mais interessados em construirgarrafas para aprisionar a antimatéria e, assim, mantendo-a afastada de tudo o mais, poder estudá-la.

Jelena Ninkovic e seus colegas do Instituto Max Planck, na Alemanha, contudo, estão mais interessados em rastrear a antimatéria, seguindo seus passos para descobrir de onde ela veio e para onde ela poderia ter ido.

Para isso, a equipe acaba de construir o sensor mais preciso já fabricado para medir com precisão a trilha seguida pelas partículas de antimatéria.

O sensor será instalado no experimento Belle II, que deverá começar a operar em 2017 no Acelerador Kek, no Japão.

Colisões de matéria e antimatéria

Quando o acelerador Kek começar a colidir elétrons e antielétrons - ou pósitrons -, o novo sensor seguirá com precisão a rota e o padrão de decaimento das partículas e das antipartículas produzidas na colisão, para ver se há alguma diferença nos padrões de cada uma.

"Nós estamos procurando diferenças extremamente pequenas. Por isso, detectar com precisão o local do decaimento - também conhecido como vértice - é crucial. Essas medições serão executadas por este sensor que acabamos de construir, que tem características que o tornam inigualável em todo o mundo," disse o professor Christian Kiesling, membro da equipe.

É um componente único, feito de silício mil vezes mais puro do que o utilizado nos transistores dos processadores de computador. Em uma superfície de oito centímetros quadrados, cada módulo integra 200.000 células de píxeis DEPFET - DEPFET é a sigla em inglês para transistor de efeito de campo com canal p empobrecido.

Ele pode ser comparado ao sensor de uma câmera digital, mas com píxeis muitíssimo menores e mais precisos, capazes de registrar até 50.000 eventos por segundo.

Com os dados obtidos nas colisões, os físicos esperam ter alguma pista sobre onde estaria a antimatéria que teria sido criada em igual proporção à matéria, segundo a teoria do Big Bang.

Divulgação do Programa de Pós-graduação em Nanociências.

2015-01-20T22:32:00.000-02:00

http://www.youtube.com/watch?v=q4pAR2p-mIY

Nanotubos de carbono incrementam a fotossíntese de plantas.

2015-01-20T22:31:00.000-02:00

Nanotubos de carbono incrementam a fotossíntese de plantas.

Em artigo publicado na revista Nature Materials, pesquisadores explicaram como conseguiram estimular a absorção de energia luminosa em plantas graças ao uso de nanotubos de carbono. Para o professor do MIT (EUA) Michael Strano e autor do artigo, trata-se de uma vasta área de pesquisa que está nascendo: "O potencial é verdadeiramente sem fim". As plantas são particularmente interessantes ao mesmo tempo que formam uma plataforma tecnológica: elas são capazes de se auto-reparar, de sobreviver em ambientes difíceis e de fornecer sua própria fonte de energia.

Além de aumentar a fotossíntese, os pesquisadores também mostraram que eles podem transformar as plantas graças ao uso de nanomateriais visando detectar o monóxido de nitrogênio (NO), um poluente produzido pela combustão. Ao adaptar os minúsculos detectores das plantas a outros alvos, os pesquisadores esperam desenvolver plantas que possam "seguir" diferentes poluições ambientais.

Superfotossíntese que vem das nanotecnologias
As plantas produzem energia por fotossíntese através de organelas celulares: os cloroplastos. A fotossíntese tem lugar em duas etapas. Inicialmente, pigmentos tais como a clorofila, absorvem as radiações luminosas, que faz com os elétrons sejam excitados e se desloquem no interior dos cloroplastos. A planta utiliza em seguida esta energia elétrica para a fabricação de açucares. Ou seja, os cloroplastos utilizam somente a radiação visível que é uma parte da radiação solar. Como os nanotubos de carbono podem absorver a radiação ultravioleta, o visível e o infravermelho próximo, os pesquisadores tiveram a idéia de utilizá-los como "antenas" para captar os comprimentos de onda longos habitualmente não utilizados pelos cloroplastos.

É possível, graças aos nanomateriais melhorar a absorção de energia luminosa das plantas.
Créditos: Juan Pablo Giraldo

A primeira etapa desta pesquisa consistiu assim, inserir as nanotecnologias no interior dos cloroplastos. Através de uma técnica desenvolvida em seus laboratórios, os pesquisadores mostraram que os nanotubos de carbono se inseriam no interior dos cloroplastos através de uma montagem espontânea. Esse movimento dos nanotubos de carbono através das membranas dos cloroplastos se faz via mecanismos passivos, por difusão e por uma reação superficial espontânea. A atividade fotossintética dos cloroplastos pode assim ser estimulada: o transporte de elétrons aumentou 49% graças aos nanotubos. As folhas infiltradas com soluções de nanotubos com concentrações de 2,5 e 5mg/l levaram a um aumento no transporte de elétrons de 27% e 31%, respectivamente. Desta maneira, os nanotubos de carbono são capazes de estimular a conversão de energia solar pelos cloroplastos, in vivo e ex vivo.

Outra vantagem desses nanomateriais: eles permitem limitar os danos causados pelos radicais livres. De fato, os cloroplastos isolados das plantas podem realizar a fotossíntese ex vivo, porém eles param de funcionar ao fim de algumas horas devido os danos ocasionados pela luz e pelo oxigênio. As plantas são capazes de repará-los, todavia os cloroplastos por si mesmos não podem fazê-lo. As nanopartículas antioxidantes podem capturar os radicais livres e desta forma aumentar a produtividade dos cloroplastos.

Futura Science (Tradução - MIA/OLA).

Nota do Scientific Editor - O trabalho "Plant nanobionics approach to augment photosynthesis and biochemical sensing", que deu origem a esta notícia, é de autoria de Juan Pablo Giraldo, Markita P. Landry, Sean M. Faltermeier, Thomas P. McNicholas, Nicole M. Iverson, Ardemis A. Boghossian, Nigel F. Reuel,Andrew J. Hilmer, Fatih Sen, Jacqueline A. Brew and Michael S. Strano, tendo sido publicado no periódico Nature Materials, vol. 13, págs. 400-408 (2014), DOI:10.1038/nmat3890.

Correia transportadora para nanopartículas e moléculas

2014-10-18T18:03:00.002-03:00

Correia transportadora para nanopartículas e moléculas

Redação do Site Inovação Tecnológica - 24/07/2014

[Imagem: Kai D. Schleicher et al./Biozentrum/Universidade de Basel]

Biotransporte

Assim como os velcros parecem ter mil e uma utilidades nas dimensões humanas, os nanovelcros parecem ser igualmente versáteis no reino das nanotecnologias.

A diferença é que eles podem servir a propósitos bem diferentes.

Por exemplo, enquanto possa não lhe ter ocorrido usar um velcro para limpar a casa, um nanovelcro detecta e captura metais pesados na água e até em peixes.

Agora, pesquisadores da Universidade de Basel, na Suíça, descobriram que um nanovelcro pode ser muito eficiente para transportar cargas - cargas adequadamente pequenas, como moléculas.

Outra equipe já havia criado uma nanocorreia transportadora capaz de levar átomos ao longo de um nanotubo, mas este nanovelcro é mais afeito a aplicações na área da biologia e da medicina.

Kai Schleicher descobriu que proteínas encontradas nos poros da membrana do núcleo das células funcionam como um velcro, podendo ser usadas para transportar nanopartículas de forma controlável e seletiva.

Agora que Schleicher fez o trabalho mais árduo, isso não parece surpreendente. Afinal, há muito tráfego em nossas células, com proteínas viajando do ponto onde são fabricadas, no citoplasma, até o núcleo, onde são usadas para ler informações genéticas.

São os poros na membrana do núcleo que permitem esse transporte de "cargas" para dentro e para fora.

As "proteínas-velcro" nos poros somente transportam moléculas que se encaixem em suas garras - para todas as outras, o núcleo é uma zona proibida.

Nanocorreia transportadora

A equipe então criou um sistema artificial que imita esse processo, recobrindo nanopartículas com as proteínas-velcro.

O mais interessante ocorreu quando esse velcro biológico ficou saturado. Da mesma forma que o velcro normal quando fica sujo, o velcro biológico tornou-se menos adesivo, e as partículas começaram a deslizar sobre ele por difusão - as nanopartículas escorregam por ele sem a necessidade de aplicação de força externa.

"Entender como o processo de transporte funciona no complexo poro nuclear foi determinante para nossa descoberta," disse o professor Roderick Lim, orientador do grupo. "Com o velcro em nanoescala nós podemos definir o caminho a ser tomado, bem como acelerar o transporte de partículas selecionadas sem necessitar de energia externa."

Segundo o professor, a correia transportadora baseada no nanovelcro poderá ter aplicações práticas em qualquer sistema nanotecnológico que necessite transportar partículas de um lado para o outro de forma controlada - eventualmente emnanofábricas.

Bibliografia:

Selective transport control on molecular velcro made from intrinsically disordered proteins
Kai D. Schleicher, Simon L. Dettmer, Larisa E. Kapinos, Stefano Pagliara, Ulrich F. Keyser, Sylvia Jeney, Roderick Y. H. Lim
Nature Nanotechnology
Vol.: 9, 525-530
DOI: 10.1038/nnano.2014.103

Nobel de Química premia transformação de microscópio em nanoscópio

2014-10-18T18:02:00.002-03:00

O Prêmio Nobel de Química 2014 foi concedido a dois pesquisadores norte-americanos e um romeno "pelo desenvolvimento da microscopia de fluorescência de alta resolução".

Eric Betzig, nascido em 1960, é professor do Instituto Médico Howard Hughes (EUA). Stefan W. Hell, nascido em 1960 na Romênia é atualmente pesquisador da Universidade de Heidelberg (Alemanha). William E. Moerner, nascido em 1953, é professor da Universidade de Stanford (EUA).

Limites da microscopia

Por séculos a microscopia óptica tinha uma limitação que parecia natural: seria impossível obter uma resolução maior do que a metade do comprimento de onda da luz que o olho humano consegue captar.

Em 1873, Ernst Abbe estipulou um limite físico para a resolução máxima da microscopia óptica tradicional: ela nunca poderia superar 0,2 micrômetro, ou 200 nanômetros.

Ajudados em grande parte pelas moléculas fluorescentes premiadas pelo Nobel de Química em 2008, os ganhadores do prêmio deste ano contornaram esta limitação.

Segundo o comitê do Nobel, foram os três cientistas que transformaram os microscópios ópticos em nanoscópios.

Com o advento da nanoscopia, hoje os cientistas podem estudar células vivas observando detalhes em nível molecular.

Princípio de funcionamento do microscópio STED. [Imagem: Johan Jarnestad/RSAS]

Nanoscopia

O Prêmio Nobel está premiando dois princípios diferentes de nanoscopia.

O primeiro, criado pela equipe do Dr. Stefan Hell em 2000, é conhecido como STED, sigla em inglês para Stimulated Emission Depletion, ou depleção de emissão estimulada.

A técnica emprega dois feixes de laser. O primeiro estimula as moléculas fluorescentes, fazendo-as brilhar, enquanto o outro cancela toda a fluorescência exceto aquela emitida por volumes em escala nanométrica. Rastreando toda a amostra, nanômetro para nanômetro, gera-se uma imagem com uma resolução melhor do que o limite de Abbe.

Eric Betzig e William Moerner, trabalhando separadamente, lançaram as bases para a segunda técnica, hoje conhecida como microscopia de molécula única.

Princípio de funcionamento da microscopia de molécula única. [Imagem: Johan Jarnestad/RSAS]

O método baseia-se na possibilidade de ligar a desligar a fluorescência de moléculas individuais. A mesma área é fotografada várias vezes, deixando apenas algumas moléculas intercaladas brilharem de cada vez. Sobrepondo essas imagens individuais, cria-se uma imagem com detalhes que permitem visualizar todas as moléculas.

Em 2006, Eric Betzig utilizou este método pela primeira vez e seu trabalho foi noticiado aqui no Site Inovação Tecnológica:

Microscópio óptico vence a barreira do comprimento de onda da luz visível

Pós-Nobel

O progresso do campo da microscopia acelerou bastante nos últimos anos - após os trabalhos agora premiados pelo Nobel - e hoje já é possível ver células vivas em 3D ao natural e observar células vivas ao vivo, sem depender da reconstrução posterior de imagens.

O próprio professor Moerner foi um dos pioneiros no campo das nanoantenas, hoje utilizadas em uma ampla gama de tecnologias ópticas, não apenas para capturar, mas também para emitir luz.

Existem também várias outras técnicas que chegaram à dimensão nano, ainda que nem todas utilizem o espectro óptico.

No ano passado, publicamos um Especial Microscópios, mostrando alguns desses avanços.

Mais duro que diamante.

2014-10-18T18:00:00.004-03:00

http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=material-mais-duro-diamante-rumo-escala-industrial&id=010160141016&ebol=sim#.VELU6SLF91I

Fulerita

Pesquisadores russos desenvolveram um processo capaz de sintetizar um material ultraduro - com uma dureza superior à do diamante.

O material é chamado fulerita, um polímero composto por fulerenos, moléculas esféricas feitas inteiramente de carbono.

Os fulerenos, também conhecidos como buckballsou Carbono 60, já haviam sido adicionados ao alumínio, produzindo uma liga tão dura quanto o aço.

Molécula revolucionária já pode ser produzida em larga escala

O novo material é ainda mais duro.

Há algum tempo que o diamante perdeu o posto dematerial mais duro conhecido pelo homem, criando a categoria de materiais ultraduros, aqueles que são mais duros do que o diamante.

Os diamantes naturais têm uma dureza entre 70 e 150 gigapascals (GPa), mas a fulerita fabricada segundo o novo processo atinge durezas que vão dos 150 aos 300 GPa.

Esquema de uma molécula de fulereno C60. [Imagem: MIPT]

"A descoberta da síntese catalítica da fulerita ultradura vai criar uma nova área de pesquisa em ciência dos materiais porque reduz substancialmente a pressão necessária para a síntese e permite a fabricação do material e seus derivados em escala industrial," disse o professor Mikhail Popov, do Instituto de Física e Tecnologia de Moscou.

Polímero tridimensional

Assim como o diamante, os fulerenos são formados por átomos de carbono - são 60, dispostos em um formato que lembra uma bola de futebol.

Essas moléculas podem ser organizadas de diferentes formatos, com a dureza do material resultante sendo determinada por esse arranjo.

No processo desenvolvido pela equipe russa, as moléculas C60 são interconectadas por ligações covalentes em todas as direções, uma estrutura que os cientistas dos materiais chamam de polímero tridimensional.

Bibliografia:

Synthesis of ultrahard fullerite with a catalytic 3D polymerization reaction of C60
M. Popov, V. Mordkovich, S. Perfilov, A. Kirichenko, B. Kulnitskiy, I. Perezhogin, V. Blank
Carbon
Vol.: 76, September 2014, Pages 250-256
DOI: 10.1016/j.carbon.2014.04.075

Primeiro centro em nanotubos

2014-07-20T12:14:00.003-03:00

http://www1.folha.uol.com.br/ciencia/2014/07/1487655-brasil-tera-primeiro-centro-de-tecnologia-em-nanotubos.shtml

Informativo - Nanociências

2014-02-10T10:49:00.003-02:00

Conheça a camisinha do futuro feita em grafeno

2013-11-30T11:09:00.003-02:00

Grafeno: você já ouviu falar desse composto que rendeu o Prêmio Nobel de física em 2010? O grafeno é uma das formas cristalinas do carbono, assim como o diamante e o grafite. O grafeno de alta qualidade é muito forte, leve, quase transparente e um excelente condutor de calor e eletricidade. É o material mais forte já demonstrado, consistindo em uma folha plana de átomos de carbono densamente compactados em uma grade de duas dimensões.

Por essas e outras qualidades, a Fundação de Bill Gates doou US$ 100 mil para pesquisadores misturarem o material ao látex dos preservativos, tornando-os mais finos, resistentes e prazerosos. O produto já vem sendo aplicado em filtros para dessalinizar água, baterias super potentes e processadores ultra rápidos – e agora, a camisinha do futuro, que deve aliar a força do grafeno à elasticidade do látex.

O objetivo da Fundação criada pelo fundador da Microsoft, Bill Gates, é o de lançar no mercado uma camisinha tão fina e segura que sirva de incentivo para a prática do sexo seguro no mundo inteiro, especialmente nos países pobres, com maior incidência de doenças sexualmente transmissíveis, colocando fim ao estigma de que o ato sexual com preservativo é menos prazeroso.

O diretor sênior da equipe de HIV na fundação Bill e Melinda Gates, Papa Salif Sow, disse que a super camisinha será uma arma poderosa na luta contra a pobreza. Segundo a organização, a produção mundial de camisinhas é de 15 bilhões de unidades por ano, utilizadas por 750 milhões de usuários. Os dados são muito inferiores, se comparados ao número de pessoas sexualmente ativas no mundo, mostrando que o sexo seguro ainda não é uma rotina na vida de muitas pessoas.

Fonte: http://curiosidades-insanas.com/camisinha-do-futuro-grafeno/

Radiação de calor em nanoescala desafia Lei de Planck

2013-10-17T11:00:00.001-03:00

Redação do Site Inovação Tecnológica - 22/07/2013

O grupo trabalha com fibras ópticas ultrafinas para transportar informações quânticas, fibras estas que podem "fritar" se a dissipação do calor não for bem compreendida. [Imagem: Vienna University of Technology]

Onda de calor

A Física está decididamente sendo invadida por uma "onda de calor" - mais especificamente, sobre mudanças radicais na forma como a ciência compreende e interpreta o calor.

Depois de uma proposta inusitada para marcar o tempo pelo calor, demonstrou-se que o calor pode ser manipulado como se fosse luz, usando lentes e espelhos.

Mas as duas novidades mais radicais vieram com a demonstração, feita por equipes separadas, de que a energia pode ser transportada diretamente do frio para o calor e que, em escala atômica, o calor se concentra e não aquece todos os lugares.

Agora, Christian Wuttke e Arno Rauschenbeutel, da Universidadede Tecnologia de Viena, na Áustria, fizeram uma descoberta ainda mais surpreendente, que mexe com um dos pilares da física, a chamada Lei de Planck, ou "lei da radiação dos corpos negros".

Lei de Planck

Em 1900, o físico Max Planck estruturou uma fórmula que descreve a radiação de calor dos corpos como uma função da sua temperatura, estabelecendo as bases para a física quântica.

Sua teoria descreve a radiação de uma ampla variedade de objetos, da luz emitida pelas estrelas até a cor de uma bijuteria brilhante, passando pela invisível radiação de calor, que pode ser registrada com câmeras de infravermelho.

Mas, embora a teoria possa ser aplicada a muitos sistemas diferentes, o próprio Planck já sabia que ela não era universal e teria que ser substituída por uma teoria mais geral quando objetos muito pequenos fossem envolvidos.

Esses objetos muito pequenos começaram a ser envolvidos de fato nas pesquisas com o desenvolvimento das nanociências e com a criação das ferramentas para a nanotecnologia.

Em 2009, por exemplo, Sheng Shen e seus colegas do MIT demonstraram que, quando dois objetos muito pequenos ficam próximos o suficiente, abre-se um buraco na Lei de Planck, um fenômeno com possibilidades de aplicação em discos rígidos e na geração de energia termovoltaica:

Na distância certa, nanotecnologia fica fora da lei

Lei geral da radiação termal

Agora, a dupla austríaca trabalhou não com distâncias, mas especificamente com a dimensão das partículas, conforme previsto por Planck.

E descobriram que, quando os objetos são menores do que o comprimento de onda da radiação termal, o calor não se irradia da "forma eficiente" verificada nos corpos maiores.

Ao verificar isto experimentalmente, os dois cientistas desenvolveram uma teoria mais genérica da radiação termal.

E não se trata apenas de uma teoria, a descoberta é importante para o gerenciamento do calor em nanodispositivos - nas dimensões que os processadores de computador estão chegando - e para a ciência dos aerossóis, micropartículas que ficam dispersas na atmosfera e que influenciam o clima.

"A radiação térmica de um pedaço de carvão pode ser descrita perfeitamente pela lei de Planck, mas o comportamento das partículas de fuligem na atmosfera só podem ser descritas por uma teoria mais geral, que pudemos agora confirmar em nosso experimento," disse Rauschenbeutel.

Impacto dos aerossóis sobre o clima ainda é pouco conhecido

Fibras ópticas ultrafinas

O experimento consistiu em enviar luz através de fibras ópticas ultrafinas, com um diâmetro de apenas 500 nanômetros.

Os pesquisadores então mediram a quantidade de energia óptica que foi convertida em calor e, a seguir, irradiada para o ambiente.

"Pudemos mostrar que as fibras levam muito mais tempo para alcançar a temperatura de equilíbrio do que uma simples aplicação da lei de Planck poderia sugerir," disse Rauschenbeutel.

"Entretanto, nossos achados estão em perfeito acordo com a teoria mais geral da eletrodinâmica flutuacional, que permite levar a geometria e a dimensão do corpo em consideração," completou o pesquisador.

O grupo trabalha com fibras ópticas ultrafinas para transportar informações quânticas.

Para isso, é muito importante entender bem o comportamento termal dessas fibras porque qualquer variação no transporte efetivo do calor cria um risco real de que as fibras derretam-se quando os dados são transmitidos.

Bibliografia:

Thermalization via Heat Radiation of an Individual Object Thinner than the Thermal Wavelength
Christian Wuttke, Arno Rauschenbeutel
Physical Review Letters
Vol.: 111, 024301
DOI: 10.1103/PhysRevLett.111.024301

Propriedades óticas em Nanoescala

2013-07-02T17:02:00.001-03:00

Para acessar este conteúdo clique aqui:

http://maisunifra.com.br/conteudo/propriedades-oticas-em-nanociencia/

A revolução do grafeno

2013-04-16T16:52:00.000-03:00

Partindo de experiências com grafite, o grafeno (derivado do carbono, identificado nos anos 1930) substituirá o silício e possibilitará um salto tecnológico sem precedentes. No Brasil, a universidade Mackenzie dá os primeiros passos para desenvolver o material

Pense em acordar e, ao escovar os dentes, ter diante dos olhos, integrada ao espelho do armário, uma interface tecnológica que permitirá acompanhar as notícias do dia, deixar recados ou organizar outras tarefas de casa. Imagine carregar no bolso da calça ou do paletó o próprio computador ou um projetor de 50 polegadas dobrado ou enrolado. E que tal ter um celular que pode ser utilizado como uma pulseira ou dormir na total escuridão em um quarto com janelas cuja transparência pode ser controlada por dispositivos integrados ao vidro, sem o auxílio de cortinas ou persianas? E o melhor, todas essas transformações acrescidas de outras vantagens: a utilização de uma matéria-prima cuja resistência é 200 vezes superior à do aço e, não bastasse, quase transparente, impermeável e extremamente flexível. Pois tudo isso, e muito mais, fará parte da rotina de consumidores globais na próxima década, graças ao grafeno, material de dimensões nanométricas (a milionésima parte de um milímetro), que substituirá o silício e, como seu antecessor, propiciará avanços científicos e tecnológicos sem precedentes, no que está sendo chamado (em alusão ao material que tornou célebre o Vale do Silício, o parque tecnológico da Califórnia, nos Estados Unidos) “Segunda Revolução Tecnológica”.

Identificado por cientistas na década de 1930, o grafeno é derivado do carbono e sempre teve fins de baixa tecnologia, como a utilização em lubrificantes e para a produção de grafite. Em 2004, estudando possíveis saídas para o esgotamento da Lei de Moore (criada, em 1965, pelo cientista Gordon E. Moore, um dos fundadores da Intel, previu que, a cada dois anos, a capacidade de armazenamento e velocidade dos hardwares dobraria) Andre Geim e Konstantin Novoselov, dois físicos russos que atuam na Universidade de Manchester, na Inglaterra, iniciaram experiências que radicalizariam as possibilidades de aplicação do grafeno. Isolando partículas cada vez menores do material, até chegar a dimensões imperceptíveis a olho nu, os físicos chegaram a um material, bidimensional, como uma folha de papel, composto por átomos de carbono densamente alinhados em uma rede cristalina com formato hexagonal e um átomo de espessura, com alta condutividade térmica e elétrica.

Reprodução de transistor com dimensões nanométricas (a milionésima parte de um milímetro), feito com grafeno. Material substituirá o silício em diversas aplicações tecnológicas

Desde então, os físicos se empenharam para conseguir uma façanha divisora: desenvolver um transistor, feito à base de grafeno, de dimensões nanométricas, que possibilitasse uma aplicação tecnológica capaz de substituir, com uma infinidade de vantagens, o silício – grande responsável pelas pequenas revoluções que vimos surgir de 2000 para cá: os televisores cada vez mais finos, os computadores e smartphones com capacidade de processamento e armazenamento de dados muito superiores aos da década de 1990, a ampliação da banda larga de internet, entre outras. Mas se esses avanços já foram capazes de surpreender milhões de pessoas ao redor do mundo e instaurar novos hábitos de consumo, o que veremos pela frente, com exceção dos carros voadores, faz lembrar o futuro imaginado pelos Jetsons, o desenho da Hannah Barbera que instigou gerações de crianças nos anos 1970 e 80, quando essas tecnologias ainda engatinhavam.

Além das possibilidades tecnológicas, o grafeno também será fundamental para o futuro dos processos industriais e fornecerá novos insumos para automóveis, aeronaves, satélites, células solares e até coletes à prova de bala. No campo da biomedicina e da indústria farmacêutica, o grafeno possibilitará controlar o crescimento de células-tronco, combater tumores, criar remédios com nanorrobôs que serão liberados na corrente sanguínea, além de construir músculos artificiais. Em 2010, em justo reconhecimento da comunidade científica, os dois pesquisadores russos foram agraciados com o Prêmio Nobel de Física.

Grafeno made in Brazil
O maior centro de pesquisas mundiais do grafeno é a Universidade Nacional de Cingapura, que criou uma divisão especialmente dedicada à pesquisa do material, o Graphene Center, conduzido por um brasileiro que é Ph.D. em física, Antonio H. Castro Neto. E a possibilidade do Brasil começar a desenvolver grafeno, ainda nessa década, é bastante factível. A Universidade Presbiteriana Mackenzie está dando os primeiros passos para tornar essa expectativa uma realidade. Em entrevista à Inovação!Brasileiros, o professor Eunézio Antonio de Souza, doutor em Física pela Unicamp (Universidade de Campinas) antecipou a boa nova: “Estamos formando uma equipe experimental para tornar o grafeno um produto também feito no Brasil em um prazo médio de cinco anos. Até lá, espero que a variação seja no quanto estaremos acima dessa meta. O centro terá três frentes: para aplicações em química, engenharia de materiais e fotônica”.

Smartphone conceito da Philips, feito com grafeno, que pode ser utilizado como pulseira

Souza, ou Thoroh, como é chamado por todos na Mackenzie (nome artístico adotado pelo próprio professor que, dado curioso, também é cantor de ópera), é uma autoridade quando o assunto é fotônica, a tecnologia utilizada para a construção de fibras óticas. Thoroh é também especialista em física de lasers, amplificadores ópticos, moduladores de poços quânticos e retina artificial. Estará à frente de um visionário projeto idealizado pelo reitor, doutor Benedito Guimarães Aguiar Neto, que deverá ser desenvolvido pela universidade a partir de 2013. “A pesquisa sobre o grafeno é uma das áreas estratégicas prospectadas por nós, tanto por permitir que aproveitemos todo o potencial existente na universidade quanto pelos benefícios que pode trazer à sociedade e pela contribuição à competitividade do País”, afirma o reitor.

Thoroh fala com entusiasmo sobre o grafeno: “É um elemento milagroso, com características superlativas e específicas, excelente condutividade elétrica, cerca de mil vezes mais rápida que a do silício. Além disso, ele é quase transparente, muito resistente e ao mesmo tempo maleável. Como ele é bidimensional, como uma folha de papel, vai propiciar uma revolução na área que chamamos de eletrônica flexível. Essas aplicações já estão sendo utilizadas por grandes empresas, como IBM, Intel, 3M e Samsung”.

Tradicional na formação de mão de obra para as diversas frentes da engenharia no País, a universidade Mackenzie foi responsável por um avanço recente produzindo uma solução de ponta que já chegou aos lares de milhões de brasileiros, como esclarece Leila Figueiredo de Miranda, doutora em Tecnologia Nuclear pelo Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares – IPEN, da Universidade de São Paulo, e diretora da Escola de Engenharia da Universidade Mackenzie: “Temos um núcleo de pesquisas em TV digital onde foi desenvolvido – em parceria com outras universidades, mas com um grupo de pesquisadores majoritariamente nossos – o modelo para o sistema brasileiro de transmissão digital, que também foi adotado em toda a América Latina”.

Thoroh, que recentemente foi à China participar de um congresso sobre grafeno, dá outras pistas sobre as intenções da universidade, que em 2013, revelará para a comunidade acadêmica o planejamento para a implantação do novo centro de pesquisa. “Buscaremos, em um primeiro momento, explorar as propriedades óticas do grafeno, pois a fotônica é nossa grande especialidade. Vamos nos servir da nanotecnologia para tornar a comunicação ótica mais rápida e fazer uma internet muito mais veloz do que a que temos hoje. Faremos pesquisas para criar dispositivos que serão incorporados a sistemas utilizados nas redes de comunicação que governam o mundo. Poderemos construir lasers baseados em grafeno e já até fizemos isso em nosso laboratório. Investiremos o que for necessário, porque há uma grande projeção de mercado para o Brasil. No País, existem vários grupos trabalhando com nanotecnologia, mas a maioria deles são grupos teóricos. Nosso diferencial é que somos um grupo experimental aplicado. Fazemos tudo com um viés aplicável e temos a potencialidade de formar muitos alunos que vão gerar novos produtos e riquezas para o País. Essas são algumas de nossas metas.”

O desafio de colocar o Brasil no mapa tecnológico internacional também instiga a professora Leila. Para ela, a inserção do País no mercado mundial do grafeno será um marco para as relações comerciais externas e o novo centro de pesquisas da universidade Mackenzie terá um papel fundamental: “O Brasil tem que deixar de ser somente um exportador de commodities. O País não vai crescer plenamente se não desenvolver suas próprias tecnologias. Essas inovações passam pelas diversas áreas da engenharia onde temos tradição consolidada além de uma forte interação com outros centros de pesquisa, como o IPEN, a USP, a Universidade de São Carlos, a Unicamp e a Universidade Federal da Paraíba. Nos últimos 15 anos, fizemos grandes investimentos em pesquisas. Conseguimos patentear soluções utilizadas por empresas como a Magneti Marelli e a Renault e nossos alunos têm grande empregabilidade no mercado. Ontem, foi anunciado o prêmio Nokia-Siemens dedicado a mulheres que atuam na área de tecnologia e, pelo segundo ano consecutivo, uma aluna da universidade foi a vencedora”, comemora ela.

Prever o futuro pode até ser um exercício de subjetividade, mas é fato: ele será escrito com o mesmo grafeno, encontrado em lápis e lapiseiras, que desde crianças nos ajuda escrever a nossa própria história.

Fonte: http://www.revistabrasileiros.com.br/2012/12/14/a-revolucao-do-grafeno/

Nova forma de energia fotovoltaica utiliza metais nanoestrurados.

2013-03-18T16:10:00.005-03:00

"Trata-se da primeira solução alternativa radicalmente nova à utilização de semicondutores para a conversão da energia solar em eletricidade", enfatiza o Professor Martin Moskovits, professor de química da Universidade da Califórnia, Santa Bárbara, UCSB (EUA).

Nas técnicas clássicas, a luz do sol atinge a superfície do material semicondutor, no qual uma face é rica em elétrons, enquanto a outra é desprovida. O fóton é uma partícula de luz com a propriedade de excitar os elétrons, obrigando-os a deixarem seus níveis de energia. É este fenômeno que produz uma corrente de partículas carregadas, os elétrons, que podem ser utilizados para múltiplos usos: iluminação, alimentação de baterias ou, ainda, eletrólise da água, para separar oxigênio e hidrogênio.

Mas, na abordagem desenvolvida por Moskovits e sua equipe, não são os semicondutores que produzem a corrente elétrica mas, sim, metais nanoestruturados e, mais precisamente, uma densa malha formada por nanotubos de ouro. Estes últimos foram recobertos por uma camada de dióxido de titânio cristalino, dopados com nanopartículas cristalinas e imersos na água.

Nanotubos de ouro.
Créditos: TU Darmstadt.

http://www.lqes.iqm.unicamp.br/canal_cientifico/lqes_news/lqes_news_cit/lqes_news_2013/lqes_news_novidades_1726.html

Transistores de grafeno para a bioeletrônica.

2013-03-18T16:09:00.001-03:00

Poder fundir o Homem e a máquina - a fim de libertar os corpos biológicos de algumas de suas limitações -, é realmente um velho sonho. Referimo-nos, naturalmente, à produção de próteses para restaurar a utilização de um membro perdido ou ainda uma visão falha. Coloca-se, então, o problema da realização de uma interface entre circuitos eletrônicos e células nervosas. A priori, isto é possível, porque o influxo nervoso, o famoso potencial de ação, faz com que intervenham efeitos eletroquímicos.

http://www.lqes.iqm.unicamp.br/canal_cientifico/lqes_news/lqes_news_cit/lqes_news_2013/lqes_news_novidades_1728.html

Tecnologias emergentes: veja o que o futuro lhe reserva

2012-10-03T19:10:00.000-03:00

Tecnologias emergentes

A Fundação Nacional de Ciências dos Estados Unidos divulgou os resultados de sua chamada para o desenvolvimento de tecnologias emergentes.

O anúncio é aguardado como um indicador das tecnologias mais promissoras para o médio e longo prazos, uma vez que a entidade aposta em ideias que já apresentam uma massa crítica significativa, com várias equipes trabalhando simultaneamente nos mesmos conceitos.

Neste ano, foram contempladas três áreas ligadas à nanotecnologia, que serão desenvolvidas por 68 pesquisadores de 26 instituições diferentes.

As equipes vão receber os recursos necessários para prosseguir em seus projetos em três áreas emergentes: sistemas eletrônicos flexíveis, projetos de materiais e estruturas automontantes e autodobráveis e otimização da fabricação de produtos químicos em larga escala a partir da fotossíntese.

Os resultados prometem melhorar a saúde humana, otimizar os sistemas de engenharia e fabricação e garantir a sustentabilidade energética.

A eletrônica flexível é promissora pela possibilidade de interligar o poder da eletrônica com o biológico, sobretudo com o corpo humano. [Imagem: J. Rogers/University of Illinois]

Sistemas bioeletrônicos flexíveis

Alguns dos potenciais da eletrônica flexível foram demonstrados recentemente com a criação decircuitos eletrônicos biodegradáveis, que dissolvem no corpo, e de umapele eletrônica ativa capaz de monitora e controlar a saúde.

Agora, quatro equipes pretendem desenvolver novas capacidades para que a eletrônica ajude a cuidar ainda mais da saúde.

Integrando a microeletrônica com substratos adaptáveis, esses sistemas bioeletrônicos flexíveis vão interagir diretamente com o corpo para levar o monitoramento e os tratamentos médicos a um nível sem precedentes.

Os pesquisadores vão desenvolver novos equipamentos e novos materiais flexíveis, interfaces entre aparelhos eletrônicos e materiais biológicos e novas abordagens de integração de sistemas.

Os novos conceitos deverão atender a requisitos de biocompatibilidade, peso, consumo de energia, escalabilidade e custo.

Os projetos visam alguns resultados específicos, como detecção de tumores, cicatrização de ferimentos e identificação de toxinas e bactérias.

"As equipes trabalharão também com técnicas avançadas de escalabilidade, de modo que, no futuro, os sistemas bioeletrônicos flexíveis possam ser amplamente disponíveis a baixo custo," disse Usha Varshney, coordenadora da área.

A arte do origami está inspirando os cientistas a reinventarem os processos fabris. [Imagem: Daniela Rus/MIT]

Origami e automontagem

Um segundo conjunto de equipes vai explorar a dobragem e o desdobramento de materiais e estruturas para criar sistemas de multifuncionais que se montem sozinhos.

Os oito projetos financiados terão por base princípios e padrões da arte do origami, a fim de projetar estruturas que possam fazer a transição entre duas e três dimensões - passar de folhas (2D) para objetos (3D).

No processo, os pesquisadores também vão abordar os desafios na modelagem de projetos e comportamentos complexos, na migração da escala de laboratório para a escala industrial e no trabalho dos materiais ativos, ou "materiais inteligentes".

Materiais ativos são aqueles que podem mudar sua forma, tamanho e/ou propriedades físicas, mediante mudanças de temperatura, pressão, campos eletromagnéticos e outros aspectos de seu ambiente.

Com esses materiais, os pesquisadores planejam criar estruturas e sistemas inteiros partindo de peças individuais que sejam flexíveis, elásticas e resistentes.

Areia auto-escultora: Microrrobôs "desbastam-se" para formar objetos

"Engenheiros, cientistas, artistas e matemáticos vão trabalhar em conjunto para descobrir como criar estruturas simples que possam colapsar ou se montar, e até mesmo de alterar funções conforme desejado," disse Clark Cooper, coordenador da área de projetos de origami.

Segundo ele, as tecnologias que serão desenvolvidas deverão ter impactos tão diversos quanto no armazenamento de informações, em estruturas aeroespaciais e em dispositivos médicos.

As biorrefinarias, ou biofábricas, já funcionam bem como conceito em biochips, mas a ideia agora é torná-las viáveis em escala industrial. [Imagem: Arum Han/TA&M University]

Biorrefinarias fotossintéticos

O terceiro conjunto de equipes vai investigar o uso, em larga escala, de microrganismos que usam a energia solar para produzir produtos químicos e combustíveis a partir do dióxido de carbono (CO2).

Algumas algas unicelulares, por exemplo, utilizam a fotossíntese para converter dióxido de carbono atmosférico e água em lipídeos e hidrocarbonetos - o petróleo, o carvão e o gás natural, por exemplo, são hidrocarbonetos.

Bactéria vira biofábrica de matéria-prima para plástico

Entretanto, a viabilização das "biorrefinarias" baseadas na fotossíntese artificial - que possam realizar esse processo em escala industrial - precisam primeiro superar desafios significativos, incluindo a baixa produtividade e a sustentabilidade ambiental.

Os pesquisadores também vão explorar formas de obter vários compostos de alto valor agregado, seja usando uma matriz de microrganismos, seja pela combinação de processos biológicos com catálise química.

Cada projeto deverá buscar a eficiência e a sustentabilidade por várias vias, por exemplo, através da utilização de águas residuais como uma fonte de nutrientes de baixo custo para os microrganismos.

Referencias.

http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=tecnologias-emergentes-futuro&id=010165121002

Criada célula solar com uma única molécula

2012-10-03T19:07:00.000-03:00

O fotossistema-I é excitado opticamente por um eletrodo (no alto). Cada elétron é transferido passo a passo em apenas 16 nanossegundos.[Imagem: Christoph Hohmann/Nanosystems Initiative Munich]

Proteína fotossintética

Pesquisadores alemães construíram uma célula solar molecular, formada por uma única proteína fotossintética.

As proteínas recebem os fótons da luz solar e liberam correntes de elétrons de forma muito eficiente.

A molécula utilizada é conhecida como centro de reação fotossintética-I, essencialmente uma clorofila encontrada nas membranas dos cloroplastos de cianobactérias.

Plantas, algas e algumas bactérias usam a fotossíntese para converter a energia solar na energia química que precisam para viver.

Joachim Reichert e seus colegas da Universidade Técnica de Munique estão estudando os primeiros passos desse processo, quando a luz é absorvida e os elétrons são liberados.

O objetivo final do estudo é criar formas de imitar esse processo, por meio de mecanismos conhecidos como fotossíntese artificial.

Imitação celular

Até agora, ninguém havia conseguido montar experimentos sensíveis o suficiente para medir as fotocorrentes geradas por uma única proteína.

A equipe alemã fez isto conectando a proteína a eletrodos de ouro por meio de grupos cisteína. A seguir, eles usaram a ponta de um microscópio de rastreamento para medir a corrente.

O experimento dá informações importantes sobre os sistemas fotossintéticos naturais, o que pode ajudar a projetar sistemas artificiais que imitem o mecanismo.

Contudo, dificilmente essas células solares moleculares se tornarão a base para sistemas práticos de geração de energia.

Isso porque as proteínas são muito sensíveis, degradando-se rapidamente fora de suas condições naturais nos organismos vivos.

Bibliografia:

Photocurrent of a single photosynthetic protein
Daniel Gerster, Joachim Reichert, Hai Bi, Johannes V. Barth, Simone M. Kaniber, Alexander W. Holleitner, Iris Visoly-Fisher, Shlomi Sergani, Itai Carmeli
Nature Nanotechnology
Vol.: Published online
DOI: 10.1038/nnano.2012.165

Material sobre Nanociência

2012-09-17T09:25:00.001-03:00

Acesse.... bem interessante.

Olhar Nano

Cientistas do Rio desenvolvem novo tratamento contra metástase óssea - nanopartículas.

2012-08-28T22:49:00.002-03:00

http://g1.globo.com/jornal-nacional/noticia/2012/08/cientistas-do-rio-desenvolvem-novo-tratamento-contra-metastase-ossea.html

Nanopartículas de ouro destroem moléculas de DNA

2012-07-20T14:37:00.000-03:00

Redação do Site Inovação Tecnológica - 25/06/2012

Os ligantes com carga positiva fizeram seu trabalho de levar as nanopartículas de ouro até as moléculas de DNA, mas os ligantes hidrofóbicos causaram a aglomeração das nanopartículas, rasgando a molécula de DNA.[Imagem: Yaroslava Yingling/NCSU]

Nanopartículas funcionalizadas

Uma pesquisa que não deu certo levantou possibilidades entusiasmantes de um lado, mas acendeu luzes de alerta do outro.

Os pesquisadores da Universidade da Carolina do Norte, nos Estados Unidos, descobriram que nanopartículas de ouro juntam-se para desconstruir a dupla hélice das moléculas de DNA - elas literalmente "rasgam" o DNA, destruindo a molécula.

O experimento tinha como objetivo criar pacotes de material para uso em terapias genéticas. As nanopartículas de ouro são as mais pesquisadas para todo o tipo de terapias no corpo humano, incluindo os chamados medicamentos inteligentes, porque elas são inertes.

Como de costume, as nanopartículas de ouro, com aproximadamente 1,5 nanômetro de diâmetro cada uma, receberam um revestimento com moléculas orgânicas, os chamados ligantes, que permitem que elas se dirijam para os pontos onde são necessárias.

Uma parte dessas moléculas ligantes tem carga positiva, enquanto o restante tem a propriedade da hidrofobicidade, ou seja, elas são repelidas pela água.

A seguir, as nanopartículas funcionalizadas foram mergulhadas em uma solução com moléculas de DNA.

Rasgando o DNA

As moléculas positivamente carregadas, como previsto, fizeram com que as nanopartículas aderissem às moléculas de DNA, que são sempre negativas - elas precisam fazer isso para levar a "carga genética", o material que irá alterar os genes que se deseja.

"Mas nós descobrimos que o DNA estava na verdade sendo desdobrado pelas nanopartículas de ouro," conta o Dr. Anatoli Melechko, líder da pesquisa.

O que ocorreu foi que as moléculas hidrofóbicas embaraçaram-se umas nas outras. Conforme esse embaraçamento fazia com que as nanopartículas se aglomerassem, o conjunto crescia e ia desfazendo a hélice do DNA.

Bioeletrônica

O mecanismo é promissor para alguns campos emergentes, como o origami de DNA, que permite a construção de nanoestruturas complexas.

A incrível arte de montar objetos com átomos e moléculas

A eletrônica baseada no DNA, que pesquisa formas de usar moléculas de DNA como molde para a criação de circuitos nanoeletrônicos, também poderá ser beneficiada.

Recentemente, pesquisadores criaram bits genéticos usando moléculas de DNA e umcomponente eletrônico com sangue humano, além de ter demonstrado que aeletrônica analógica imita reações em células vivas.

Perigo das nanopartículas

Por outro lado, as nanopartículas de ouro, por serem inertes, são as preferidas para experimentos com medicamentos inteligentes e outras formas de uso da nanotecnologia no interior do corpo humano.

Para isso, elas precisam ser funcionalizadas, recebendo revestimentos de moléculas orgânicas, como aconteceu neste experimento - embora não necessariamente com as mesmas moléculas.

Mas os resultados lançam preocupações sobre as interações das nanopartículas com as células vivas, devido a um potencial de destruição do DNA.

Em suma, o experimento que estava sendo conduzido, de terapia genética, mostrou exatamente como não se deve fazer as coisas.

"Ficou claro que precisamos ajustar os ligantes, a carga e a composição química desses materiais para garantir que a integridade estrutural do DNA seja mantida," admitiu Yaroslava Yingling, membro da equipe.

Bibliografia:

Weakly Charged Cationic Nanoparticles Induce DNA Bending and Strand Separation
Justin G. Railsback, Abhishek Singh, Ryan C. Pearce, Timothy E. McKnight, Ramón Collazo, Zlatko Sitar, Yaroslava G. Yingling, Anatoli V. Melechko
Advanced Materials
Vol.: Article first published
DOI: 10.1002/adma.201104891

Curso em Nanociências

2012-07-12T23:57:00.002-03:00

Medicamentos são produzidos com energia solar e CO2

2012-07-06T11:17:00.003-03:00

Química fina

As florestas de nanofios capturam os fótons da luz solar, gerando elétrons que são usados para fixar o CO2, iniciando uma série de reações em cadeia que produzem os elementos básicos de medicamentos analgésicos e anti-inflamatórios. [Imagem: Angewandte Chemie]

Cientistas da Universidade de Boston, nos Estados Unidos, fizeram uma combinação inusitada.

Usando a nanotecnologia, eles construíram um dispositivo que usa a energia solar para produzir medicamentos.

O processo é uma espécie defotossíntese artificial, que várias equipes estão tentando desenvolver para produzir hidrogênio ou eletricidade.

Mas Dunwei Wang e Kian Tan fizeram algo diferente.

Eles usaram a energia captada da luz do Sol para induzir reações químicas capazes de sintetizar os componentes básicos de dois medicamentos de largo uso, um analgésico e um anti-inflamatório.

Seletividade

Segundo os pesquisadores, a técnica possui a seletividade necessária para produzir compostos orgânicos intermediários necessários para produzir não apenas produtos farmacêuticos, mas também outras substâncias da química fina, de alto valor agregado.

"Há um benefício gigantesco na possibilidade de usar dióxido de carbono e luz para alimentar reações da química orgânica. Isso vai permitir que você elimine a etapa intermediária de uso de derivados de combustíveis fósseis, substituindo-os pela luz do Sol," disse Tan.

A demonstração inédita foi obtida pela junção de dois campos de pesquisas, o desenvolvimento de materiais e a química sintética.

Ataque ao dióxido de carbono

Durante a fotossíntese, as plantas capturam a luz do Sol e usam essa energia e o dióxido de carbono para alimentar as reações químicas das quais dependem para viver.

Os pesquisadores usaram uma malha de nanofios de silício como célula solar. Os elétrons liberados pelos átomos nos nanofios são transferidos para as moléculas orgânicas para induzir as reações químicas.

Na demonstração, os elétrons atingiam acetonas aromáticas, que se tornavam ativas, "atacando" e se ligando às moléculas de dióxido de carbono.

A seguir, depois de fixado o CO2, o sistema gera ácidos αhidroxi, que permitiram a criação dos precursores do ibuprofeno e do naproxeno.

"O esquema de reação lembra muito de perto a fotossíntese natural, e apresenta um rendimento de 98% e alta seletividade," disseram os pesquisadores.

O feito mereceu a capa da edição de Julho da renomada Angewandte Chemie.

Bibliografia:

Silicon Nanowires as Photoelectrodes for Carbon Dioxide Fixation
Rui Liu, Guangbi Yuan, Candice L. Joe, Thomas E. Lightburn, Kian L. Tan, Dunwei Wang
Angewandte Chemie International Edition
Vol.: 51, Issue 27, page 6537
DOI: 10.1002/anie.201204212

LEDs inspirados em vagalumes não precisarão de energia

2012-06-19T12:02:00.000-03:00

Bioluminescência

Em um futuro não tão distante, você poderá comprar luzes de Natal que piscarão como vagalumes, mas em diversas cores, sem depender de energia elétrica.

A nanotecnologia permitiu recriar artificialmente a bioluminescência dos vagalumes com uma eficiência de 20 a 30 vezes maior. [Imagem: Alam et al./Nano Letters]

Cientistas da Universidade de Siracusa, nos Estados Unidos, descobriram uma forma de sintetizar a luz natural produzida pelos animais, a chamada bioluminescência.

A luz dos vagalumes é um dos exemplos de bioluminescência mais eficientes encontrados na natureza, com uma luz extremamente brilhante.

Rabeka Alam e seus colegas usaram a nanotecnologia para recriar artificialmente a bioluminescência natural dos vagalumes com uma eficiência de 20 a 30 vezes maior do que já havia sido obtido anteriormente.

Eles criaram uma estrutura semicondutora, que eles chamam de nanobastões quânticos, formada por uma camada externa de sulfeto de cádmio e um núcleo de seleneto de cádmio, às quais são ligadas enzimas copiadas dos animais.

"Nós descobrimos uma forma de imitar a biologia para aplicações não-biológicas, manipulando a interface entre componentes biológicos e não-biológicos," disse Mathey Maye, coordenador do estudo.

Luciferina e luciferase

Os vagalumes geram sua luz por meio de uma reação química entre a luciferina e a enzima luciferase.

Na luminescência sintética, a luciferase é conectada aos nanobastões, aos quais é posteriormente adicionada a luciferina, que funciona como uma espécie de combustível.

A energia liberada pela interação entre o combustível e a enzima é transferida para os nanobastões, fazendo-os brilhar com muito intensidade.

O processo é chamado "bioluminescência ressonante por transferência de energia" (BREST: Bioluminescence Resonance Energy Transfer).

Alterando o tamanho do núcleo e o comprimento do nanobastão, é possível alterar a cor da da luz gerada pelo componente. [Imagem: Syracuse University]

"O truque para aumentar a eficiência do sistema está em diminuir a distância entre a enzima e a superfície do bastão, além de otimizar a arquitetura dos bastões," disse Maye.

LEDs sem eletricidade

E o truque faria inveja aos vagalumes: se eles conseguissem fazer o mesmo, poderiam brilhar em verde, laranja ou vermelho. É que, mudando o tamanho do núcleo e o comprimento do nanobastão, é possível alterar a cor da luz gerada.

Os pesquisadores conseguiram gerar até luz infravermelha, importante para aplicações como telescópios, câmeras, imageamento digital e óculos de visão noturna.

Os cientistas agora querem reproduzir os experimentos em maior escala e de forma sustentada por longos períodos, com vistas a desenvolver aplicações práticas para a tecnologia.

"Os nanobastões são feitos com os mesmos materiais usados nos chips de computadores, painéis solares e LEDs," disse Maye. "É possível vislumbrar que, no futuro, nossos nanobastões-vagalumes possam ser usados em luzes do tipo LED que você não precisará ligar na tomada."

Bibliografia:

Designing Quantum Rods for Optimized Energy Transfer with Firefly Luciferase Enzymes
Rabeka Alam, Danielle M. Fontaine, Bruce R. Branchini, Mathew M. Maye
Nano Letters
Vol.: 12 (6), pp 3251-3256
DOI: 10.1021/nl301291g

A incrível arte de montar objetos com átomos e moléculas

2012-05-30T16:23:00.001-03:00

Redação do Site Inovação Tecnológica - 12/05/2012

Montar uma caixa, algo trivial em escala humana, torna-se um desafio quando é preciso acondicionar nanopartículas ou picolitros de alguma substância. [Imagem: NSF]

Brincadeira de cientista

Montar objetos usando peças que você consegue ver e pegar é tão fácil que virou literalmente brincadeira de criança.

É assim também que são montadas todas as máquinas que usamos, de torradeiras e automóveis, até navios e naves espaciais.

Mas átomos e moléculas não podem ser manipulados tão facilmente quanto porcas e parafusos.

Empenhados em desenvolver técnicas que permitam a fabricação de dispositivos ultraminiaturizados, de nanorrobôs a memórias de computador que consigam armazenar mais dados por área, os cientistas estão tendo que criar ferramentas totalmente novas.

Esse desafio, que depende de um auxílio especialmente intenso da matemática, está sendo vencido aos poucos, com pinças de luz, moldes de DNA, alicates magnéticos e vários outros artifícios.

Há 43.480 jeitos diferentes de dobrar um dodecaedro. A vantagem é que, em nanoescala, ele vira uma caixa sozinho. [Imagem: Gracias/Menon/NSF]

Matemática da nanotecnologia

Imagine montar uma caixa, algo trivial em escala humana, mas que se torna um desafio quando é preciso acondicionar nanopartículas ou picolitros de alguma substância.

Mas, vencido o desafio, há uma grande vantagem: as nanocaixas montam-se sozinhas.

É verdade que David Gracias, da Universidade Johns Hopkins não teria nem começado a construir suas caixas tridimensionais automontantes sem a ajuda da matemática.

Foi Govind Menon, da Universidade Brown, quem descreveu matematicamente como os materiais planos deveriam ser cuidadosamente cortados para que resultassem em caixas perfeitamente lacradas, que poderão ser usadas para levar medicamentos para o interior do corpo humano.

"Há 43.480 jeitos diferentes de dobrar um dodecaedro," disse Menon.

"Da mesma forma que a natureza monta tudo, de conchas do mar a pedras preciosas, sempre de de baixo para cima, a ideia da automontagem promete se tornar uma técnica totalmente nova de fabricar objetos partindo de átomos e moléculas," completa Gracias.

Depois de feitos os cortes com precisão, tudo o que é necessário fazer é aquecer o material para que, sozinho, ele crie a nanodobradura com perfeição.

As folhas são fabricadas por uma técnica de impressão, e depois se dobram com água. [Imagem: Zina Deretsky/NSF]

Pétalas que se fecham

O trabalho de Christian Santangelo e Ryan Hayward, da Universidade Massachusetts-Amherst é muito parecida - na verdade é complementar à de Gracias e Menon.

Eles empregaram técnicas fotográficas para imprimir folhas de polímeros já nos formatos adequados às dobraduras.

Em vez do calor, contudo, as folhas dobram-se no formato desejado apenas com a adição de água - a tensão superficial de microgotas é suficiente para levantar as "pétalas" das flores impressas.

As estruturas 3D finais são mais parecidas com sacos do que com caixas, e são curadas para permanecer na posição definitiva com luz ultravioleta.

As estruturas metálicas têm detalhes estruturais 100 vezes menores do que uma bactéria. [Imagem: Scott Warren/Uli Wiesner/Cornell]

Nanotecnologia metálica

Scott Warren e Uli Wiesner, da Universidade de Cornell, preferem montar estruturas metálicas.

Eles desenvolveram uma tecnologia capaz de fazer com que folhas metálicas sigam seu próprio caminho, automontando-se em caixas cujos detalhes estruturais são 100 vezes menores do que uma bactéria.

Ao contrário das grandes fábricas de produtos metálicos, às voltas com altos-fornos e grandes prensas, ananometalurgia usa polímeros, frágeis e moles, para guiar as folhas de metal, que não são assim tão duras quando têm apenas poucos átomos de espessura.

Trabalhar com metais tem outro foco de aplicações, que inclui catalisadores mais eficientes e mais baratos para células a combustível e estruturas que guiam a luz para transportar mais informações no interior dos processadores fotônicos.

As partículas ocas serão nanorreatores, no interior dos quais quantidades ínfimas de compostos poderão reagir em condições estritamente controladas. [Imagem: Michael D. Ward/New York University]

Nanorreatores

Mike Ward, da Universidade de Nova Iorque, não gosta tanto de dobraduras, e desenvolveu uma técnica para criar nanopartículas cristalinas já ocas.

Segundo ele, a criação do espaço vazio garante mais pureza da nanocaixa, evitando reações químicas indesejadas.

E o químico não poderia estar interessado em outra coisa que não fazer reações químicas: suas nanopartículas ocas foram projetadas para serem nanorreatores, no interior dos quais quantidades ínfimas de substâncias químicas poderão ser postas para reagir, em condições estritamente controladas.

"Nós queremos criar estruturas que sirvam como um 'hotel' para moléculas 'convidadas'," disse Ward.

"Isso tornará possível separar os compostos químicos por tamanho das moléculas ou fazer reações em locais bem definidos e isolados, o que dará maior controle sobre a reatividade química e os produtos finais da reação," completa ele.

Os vasos de DNA não deixam nada a dever aos vasos e peças decorativas e funcionais de cerâmica. [Imagem: Hao Yan/Arizona State University]

Origami e arte

Hao Yan e Yan Liu, da Universidade do Estado do Arizona, estão entre os muitos que apostam nas moléculas de DNA e suas incríveis capacidades de conexão, que se encaixam apenas nos locais adequados.

Isso dá uma flexibilidade e uma precisão na montagem que não se consegue, ainda, obter de outro modo.

Usando a técnica, adequadamente batizada de origami de DNA, que já foi usada até para construirnanorrobôs que andam, os cientistas estão criando estruturas que não deixam nada a dever aos vasos e peças decorativas de cerâmica.

De novo, a vantagem é que os receptáculos podem ser projetados com antecedência, deixando a a montagem por conta das fitas de DNA, que recusam-se a se ficar nos locais inadequados, garantindo peças sempre perfeitas.

Veja mais detalhes desta incrível "arte nanotecnológica" na reportagem Origami de DNA cria nanoestruturas 3-D.

A técnica de nanoconstrução guia as partículas por magnetismo, permitindo a criação de estruturas com vários materiais. [Imagem: Benjamin Yellen]

Montagem magnética mista

Benjamin Yellen, da Universidade de Duke, também prefere as automontagens, mas no lado "duro" da nanotecnologia.

Em vez de moléculas biológicas, ele está usando nanopartículas cristalinas, que podem ser metálicas ou cerâmicas.

Feitas as partículas, elas encontram seu caminho para montar as estruturas desejadas quando detectam variações em sua concentração ou na presença de campos magnéticos.

Yellen também precisou da matemática para conseguir isso.

"Nós não apenas desenvolvemos o arcabouço teórico dessa nova técnica, como demonstramos no laboratório que ela pode criar mais de 20 estruturas previamente programadas," disse ele.

Além das caixas, foram criados anéis, correntes e até malhas parecidas com tabuleiros de dama, com nanopartículas de tipos diferentes.

E esse, juntamente com o controle externo por um campo magnético, é o grande trunfo da nova técnica, permitindo a criação de nanoestruturas feitas de diversos materiais.

Nanofuturo

"A era da miniaturização promete revolucionar nossas vidas. Podemos fazer estas nanocaixas a partir de uma grande quantidade de materiais diferentes, tais como metais, semicondutores e mesmo polímeros biodegradáveis para uma série de aplicações ópticas, eletrônicas, ou para carregarem medicamentos," entusiasma-se o professor Gracias. "Por exemplo, há uma necessidade na medicina para criar partículas inteligentes que possam alvejar tumores específicos, doenças específicas, sem despejar drogas no resto do corpo, de forma a limitar os efeitos colaterais."

E, com tantas opções de automontagem, talvez já não seja mais ficção imaginar milhares de minúsculas partículas biodegradáveis, precisamente estruturadas e contendo em seu interior apenas os compostos químicos desejados, de alta pureza, correndo através da corrente sanguínea a caminho de um órgão doente.

Ou então, partículas sendo guiadas por luz ou por magnetismo para montar componentes eletrônicos com dimensões moleculares, no interior dos processadores de computador do futuro.

Mas é necessário concordar que essa é a visão para um futuro, ainda que não tão distante.

Para ligar o hoje com esse futuro, os cientistas precisam aprimorar o projeto das suas nanoestruturas, de forma que elas possam ser fabricadas sem variações e em grandes quantidades.

Curso de Extensão.... EAD.

2012-05-05T17:42:00.000-03:00

Em seguida iremos oferecer um curso de extensão EAD.
Título:
Nanociência e Nanotecnologia: Conceitos Básicos.

Aguarde maiores informações.

Nanofábrica produzirá medicamentos dentro do corpo humano

2012-04-17T19:20:00.001-03:00

Além da Viagem Fantástica

Os conceitos de nanofábricas ebiofábricas estão deixando as mentes dos visionários e as pranchetas dos projetistas e virando instrumentos do mundo real.

Este é o resultado do processo de nanofabricação, que ocorreu no interior do organismo de camundongos, mas que brevemente poderá estar funcionando a pleno vapor dentro de você.[Imagem: Avi Schroeder]

Nanofábricas já produziam nanocápsulas para medicamentos, mas agora elas estão começando a sintetizar os próprios medicamentos e vacinas.

E, em alguns casos, a realidade parece ter superado a ficção.

Nestes casos, é sempre lembrado o clássico Viagem Fantástica, que previa robôs capazes de entrar no corpo humano para curar doenças.

Já existem alguns protótipos demicrorrobôs médicos e até de umnanorrobô que pretende substituir o sangue humano, o que tem levado os cientistas a afirmarem que osmicrorrobôs estão quase prontos para atuar no corpo humano.

Mas uma equipe de pesquisadores mudou o enfoque e, em vez de criar um robô para entrar no corpo humano, levou a fábrica inteira lá para dentro.

Nanofábrica dentro do corpo humano

Avi Schroeder e seus colegas do MIT criaram um processo de nanofabricação que funciona inteiramente dentro do corpo humano, acionado por luz, fabricando o medicamento já no local de sua aplicação.

Medicamentos à base de proteínas tem-se mostrado promissores no tratamento do câncer, mas eles são difíceis de aplicar porque o próprio corpo geralmente quebra as proteínas antes que elas cheguem ao seu destino.

Para contornar esse obstáculo, os pesquisadores desenvolveram um novo tipo de nanopartícula que é capaz de sintetizar as proteínas sob demanda, depois que essas nanopartículas já estiveram no interior do corpo humano.

Uma vez que estas "fábricas de proteínas" atinjam o local do corpo a ser tratado, os médicos podem ativar a síntese das proteínas disparando sobre elas um raio de luz ultravioleta.

As nanofábricas poderão ser usadas para produzir, por um lado, pequenas proteínas que matam células cancerosas e, por outro, proteínas maiores, como anticorpos, que desencadeiam ações do sistema imunológico para que estes ataquem a doença.

Esta é a nanofábrica, uma nanopartícula capaz de sintetizar proteínas específicas sob a ação da luz ultravioleta. [Imagem: Avi Schroeder]

Nanofábrica

"Esta é a primeira prova de conceito de que é possível realmente sintetizar novos compostos a partir de matérias-primas inertes no interior do corpo humano," disse Schroeder.

A equipe de Schroeder projetou as nanopartículas para que elas se automontem a partir de uma mistura que inclui lipídeos - que formam a camada exterior da partícula - além dos ribossomos, aminoácidos e enzimas necessárias para a síntese das proteínas que se pretende fabricar.

Também estão incluídos na mistura sequências de DNA para as proteínas desejadas.

O DNA é preso por um composto químico chamado DMNPE, que se liga a ele de forma reversível. Este composto libera o DNA quando é exposto à luz ultravioleta.

Neste estudo, as nanofábricas foram programadas para produzir ou proteína verde fluorescente (GFP) ou luciferase, ambas facilmente detectáveis.

Os testes em camundongos mostraram que as partículas produziram as proteínas corretas quando receberam a luz infravermelha.

Bibliografia:

Remotely-activated protein-producing nanoparticles
Avi Schroeder, Michael Goldberg, Christian Kastrup, Christopher Gerard Levins, Robert S. Langer, Daniel G. Anderson
NanoLetters
Vol.: Just Accepted Manuscript
DOI: 10.1021/nl2036047