Nanotecnologia

Gestão da Qualidade - Unib

Carlos Maurício

Erik Antonio

Jéssica Miriam Moura de Souza

Paula Ramos

Introdução

O mercado mundial tem, atualmente, cerca de 800 produtos de consumo que utilizam nanotecnologia. São tecidos impermeáveis, tintas resistentes a riscos, cosméticos anti-idade com efeitos estéticos quase milagrosos que resultam da manipulação de partículas 100 000 vezes mais finas que um fio de cabelo. Pode parecer mais uma evolução no excitante mundo da tecnologia. Mas é mais que isso. A indústria vê na nanotecnologia o futuro do desenvolvimento de muitos de seus novos produtos.

Hoje, 80 empresas instaladas no Brasil desenvolvem algum tipo de projeto que utiliza a nanotecnologia. Mas pouquíssimas delas já conseguiram colocar seus produtos no mercado interno. Isso acontece simplesmente porque os órgãos reguladores do governo não conseguem decidir o que é bom ou não para o consumidor.

Quem produz não consegue transformar sua inovação em riqueza. Entre os vários produtos derivados da nanotecnologia na fila de avaliação da Agência de Vigilância Sanitária (Anvisa), um dos órgãos reguladores da área, está uma embalagem revestida de partículas de prata que elimina odores e pode elevar o tempo de conservação de alimentos de uma semana para até 20 dias. O material, que pode ser aplicado de pacotes de salgadinhos a potes plásticos, foi criado pela petroquímica Quattor há dois anos -- e até agora não foi liberado. Ao mesmo tempo, produtos semelhantes desenvolvidos na Ásia são vendidos ilegalmente em lojas de produtos importados. "A falta de leis para produtos nano já compromete a competitividade da indústria brasileira", diz Mário Baibich, diretor de políticas e programas temáticos do Ministério da Ciência e Tecnologia.

Exemplo:

Aquamare, empresa criada em 2005 por um grupo de três empresários de São Paulo para produzir água mineral por meio da dessalinização do mar utilizando a nanotecnologia. A grande inovação da Aquamare foi conseguir que sua tecnologia retirasse o sal da água sem eliminar os demais minerais. Em 2008, a empresa pediu o registro do produto na Food and Drug Administration (FDA), autoridade sanitária dos Estados Unidos. Em 15 dias, a água da Aquamare foi liberada para venda no mercado americano. Dois anos antes, a empresa havia encaminhado o pedido à Anvisa. Até agora, nada. Com o mercado brasileiro fechado, a salvação para a Aquamare estaria nas exportações. Os 50 000 copos de água vendidos até agora para os Estados Unidos, porém, foram financiados com capital dos sócios, que não conseguiram crédito oficial. A empresa tem capacidade para produzir 1 milhão de copos de água por mês em sua fábrica de Bertioga, no litoral paulista. Hoje, porém, as linhas de produção estão praticamente paradas. "Queríamos investir no Brasil, mas está difícil", diz Jairo Viviani, diretor-geral da Aquamare. "A saída para nosso negócio será licenciar a tecnologia desenvolvida para parceiros internacionais."

O que é Nanotecnologia

O prefixo “nano” indica extrema pequenez. Tão pequeno, de facto, que uma estrutura nanodimensionada tem de ser ampliada mais de 10 milhões de vezes para a podermos facilmente apreciar em pormenor a olho nu.

A nanotecnologia refere-se a tecnologias em que a matéria é manipulada à escala atómica e molecular para criar novos materiais e processos com características funcionais diferentes dos materiais comuns.

Um nanômetro equivale a um bilionésimo de metro. Para se ter uma idéia, um fio de cabelo tem entre 30 mil e 100 mil nanômetros. As nanopartículas têm diversos usos

e, ao contrário do que se pode pensar, a técnica não é totalmente nova. “Nanopartículas de ouro são utilizadas desde a antiguidade para, por exemplo, produzir vidros

coloridos utilizados nos vitrais das igrejas”, explica Cremona. Hoje as nanopartículas estão em fármacos, tecidos – nanopartículas de prata são adicionadas para torná-los bactericidas – tintas especiais para carros e muitas outras aplicações

Primeiramente, precisamos considerar o tamanho diminuto do nanômetro. Imaginem encolher seu corpo, nas três dimensões, por um fator de 1.000 - reduzindo-o ao tamanho de uma pequena formiga. Agora, tomemos essa formiga e vamos encolhê-la por mais um fator de 1.000 - o que a reduziria ao tamanho de um único glóbulo vermelho, que é a menor célula do corpo humano. Finalmente, vamos encolher essa célula mais uma vez por um fator de 1.000 - esse é o tamanho de um nanômetro, essencialmente a dimensão de alguns poucos átomos

Nanobiotecnologia

Combinar a engenharia à nanoescala com a biologia para manipular sistemas vivos ou construir materiais biologicamente inspirados a nível molecular. Promover novos bionanosensores para apoiar a investigação à escala molecular e implementar novas técnicas de diagnóstico.

Nanomateriais

Controlar com precisão a morfologia à

dimensão nanométrica das

substâncias ou partículas para produzir

materiais nanoestruturados. Ao envolver

todos estes domínios que se sobrepõem,

os instrumentos medem e manipulam

estruturas ultra pequenas, como sejam

por exemplo os microscópios de resolução

à escala nanométrica

Nanoelectrónica

Prosseguir o desenvolvimento em microelectrónica de

ultra-alta compactação e miniaturização, especialmente

para as tecnologias de informação e computação,

mas a escalas significativamente mais pequenas,

permitindo a manipulação de quantidades de

informação extremamente grandes associadas a rápidas

velocidades de processamento.

Plano

A importância da Nanotecnologia

As nanociências são frequentemente designadas como ciências transversais ou horizontais, dado poderem permear virtualmente todos os sectores tecnológicos. Reúnem frequentemente diferentes domínios da ciência e beneficiam com uma abordagem indisciplinar

ou “convergente”, esperando-se que resultem em inovações que possam contribuir para a resolução de muitos dos problemas que a sociedade enfrenta actualmente, sendo de destacar as seguintes:

• As aplicações médicas incluem, por exemplo, meios de diagnóstico miniaturizados que possam ser implantados para um diagnóstico precoce de doenças. Os revestimentos de base nanotecnológica podem melhorar a bioactividade e biocompatibilidade dos implantes. Estruturas de apoio (scaffolds) com capacidade de organização autónoma abrem o caminho para novas gerações de materiais

biomiméticos e de engenharia tecidular, com potencial a longo prazo para a síntese de órgãos de substituição. Estão a ser desenvolvidos sistemas inovadores para administração orientada de medicamentos e recentemente foi possível canalizar nanopartículas para o interior de células tumorais, como forma de tratamento, por exemplo, térmico.

• As tecnologias da informação incluem meios de armazenamento de dados com densidades de gravação muito elevadas (por exemplo, 1 Terabit/ /polegada 2) e novas tecnologias de visores plásticos flexíveis. A longo prazo, as actividades da nanoelectrónica molecular ou biomolecular, da spintrónica e da computação quântica poderão abrir

novas vias que ultrapassam as actuais tecnologias de informação e telecomunicações;

• A produção e armazenamento de energia podem tirar benefícios de, por exemplo, novas células de combustível ou de sólidos anoestruturados leves com potencial para um armazenamento eficiente de hidrogénio. Estão também a ser desenvolvidas células

solares fotovoltaicas eficientes de baixo custo (por exmplo, “pintura solar”). Prevêem-se poupanças de energia decorrentes de progressos em nanotecnologias que permitam um melhor isolamento e transporte, bem como uma iluminação mais eficiente;

• Os progressos no domínio da ciência dos materiais decorrentes da utilização de nanotecnologias são de grande alcance e espera-se que tenham repercussões em virtualmente todos os sectores. As nanopartículas já estão a ser utilizadas para o reforço de materiais ou para a funcionalização de cosméticos. As superfícies podem ser modificadas com a utilização de nanoestruturas, de forma a torná-las, por exemplo, à prova de riscos, impermeáveis, limpas ou estéreis. Espera-se que os enxertos selectivos de moléculas orgânicas por nanoestruturação da superfície tenham repercussões no fabrico de biosensores e dispositivos electrónicos moleculares. O desempenho dos materiais em

condições extremas pode ser significativamente melhorado, o que fará avançar, por exemplo, as indústrias automóvel, aeronáutica e espacial;

• O fabrico à escala nanométrica exige uma nova abordagem interdisciplinar, tanto no que diz respeito aos processos de investigação como de fabrico. Conceptualmente, há duas vias principais: a primeira parte dos microsistemas e minituriza-os (“abordagem descendente”) e a segunda imita a natureza ao construir estruturas que partem do nível atómico e molecular (“abordagem ascendente”). A primeira

pode ser associada à assemblagem e a última à síntese. A abordagem ascendente constitui uma fase de desenvolvimento inicial, mas o seu impacto é de grande alcance, com um grande potencial disruptivo para as actuais vias de produção;

• A instrumentação para o estudo das propriedadesda matéria à escala nanométrica já está a ter um importante impacto directo e indirecto que está a estimular progressos numa vasta gama de sectores. A invenção do microscópio de varrimento com efeito de túnel (Scanning Tunnelling Microscope) foi um marco importante no surgimento das nanotecnologias. Os instrumentos desempenham também um

papel essencial no desenvolvimento de processos de fabrico “descendentes” e “ascendentes”;

• A investigação sobre alimentos, água e ambiente pode avançar com progressos derivados das nanotecnologias, incluindo ferramentas para a detecção e neutralização da presença de microrganismos ou pesticidas. A origem de alimentos importados poderá ser identificada através de uma nanomarcação miniaturizada inovadora. O desenvolvimento de métodos correctivos derivados das nanotecnologias (por exemplo, técnicas fotocatalíticas) pode permitir a reparação de danos ambientais e a despoluição (por exemplo, hidrocarbonetos na água

ou no solo);

• Espera-se que a segurança venha a ser melhorada através, por exemplo, de novos sistemas de detecção de elevada especificidade que proporcionem um alerta precoce da presença de agentes biológicos ou químicos, até mesmo ao nível da molécula. Uma melhor protecção da propriedade, como notas de banco, poderia ser conseguida através da nanoidentificação. Estão também a ser desenvolvidas novas técnicas criptográficas para a comunicação de dados.

De forma a se ter uma visão sobre os impactos da Nanotecnologia, está previsto (fonte: National Science Foundation) que no ano de 2015 se atinjam rendimentos na casa de 1 trilião de dólares e divididos de acordo com o gráfico da figura. De realçar o papel preponderante que os materiais desempenham na área da Nanotecnologia.

Impactos sócio-económicos derivados da Nanotecnologia

Podemos realçar os seguintes:

A) Ciências da Vida

Diagnóstico rápido de doenças

Tratamentos não invasivos

Introdução de drogas “inteligentes”

Nanomedicina (nanorobots)

Tecidos artificiais

Ligação entre sistema nervoso e circuitos

Integrados

B) Tecnologias da Informação e Comunicação

Integração à escala atómica de circuitos integrados “inteligentes” e multifuncionais

Integração de sistemas tradicionais com sistemas biológicos

Dispositivos e sistemas à escala molecular

Filmes ultra-finos para a electrónica e fotónica

Dispositivos quânticos e de electrónica singular

Electrónica transparente e flexível

Mostradores

C) Energia,Transportes e Ambiente

Nanopartículas e nanomateriais para a conversão e armazenamento de energia

Novos revestimentos (tecidos) resistentes à corrosão

Novas tecnologias de separação (membranas e catálise)

Sensores

Ecomateriais

Materiais culturais

D) Aeroespacial

Materiais nanocompósitos

Células solares de elevado rendimento

Sensores

Materiais ultra leves e ultra resistentes

Electrónica de baixo consumo

Instrumentos de Medição

Equipamentos que permitem visualizar átomos individualmente e moléculas (manipular sua posição e arranjo), caracterização da topografia da superfície:

Microscopia de força atômica

Microscópios de força atômica já são rotineiramente

utilizados para visualizar átomos sobre superfícies e

revelar como eles se organizam.

Microscopia de varredura de sonda

Um microscópio de varredura por sonda, ou SPM

(Scanning Probe Microscope) O STM foi inventado por Gerd

Binnig e Heinrich Rohrer, da IBM de Zurich, em 1981 e

foi o primeiro instrumento capaz de gerar imagens reais de

superfícies com resolução atômica.

Em 1986 os inventores ganharam por ele, o Prêmio Nobel

de Física.

Difração de raios X

Na Química, a difração de raios X é usada para se obter

características importantes sobre a estrutura de um composto

qualquer. No caso do raio X, os resultados são ainda mais

precisos. Estas informações são geradas pelo fenômeno físico

da difração e também da interferência, ou seja, quando os

raios incidem sobre um cristal, ocorre a penetração do raio na

rede cristalina, a partir disso, teremos várias difrações e

também interferências construtivas e destrutivas

Áreas relacionadas à Nanotecnologia

Diversas áreas que estão relacionadas com a Nanotecnologia:

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