- O que são?
- Para quê servem?
- O que comem e onde vivem? …
Os nanomateriais possuem diversas morfologias, podendo ser esféricas, cúbicas, tubulares, ocas, core-shell, triangular, em forma de agulhas de golfinho e tudo mais que você nem imagina… Ok, golfinho talvez seja exagero meu.
Além dessas morfologias os nanomateriais podem ainda apresentar porosidade em sua nanoestrutura. Dependendo do tamanho desses poros os nanomateriais são classificados em microporosos, mesoporosos ou macroporosos.
Nanomateriais microporosos possuem poros menores que 2 nm. Os mesoporos ficam na faixa de 2 à 50 nm e os macroporosos com poros acima de 50 nm [1, 2]. Evidentemente que essa porosidade aumenta ainda mais a alta área de superfície que os nanomateriais já possuem.
Figura 1. Classificação dos nanomateriais de acordo com o tamanho dos poros. (Escala meramente ilustrativa)
Sílica mesoporosas foram produzidas pela Mobil Oil Company na década de 1990 surgindo uma série de famílias, sendo o MCM-41 e o SBA-15 os mais conhecidos.
Tais materiais possuem uma série de atributos advindos da porosidade que aumentam a eficiência de aplicação das nanoestruturas. Um exemplo mais comum é o emprego desses materiais em sistemas de carreamento e liberação controlada.
Há um intenso esforço e de pesquisa estudando aplicação de nanomateriais mesoporosos como carreadores de fármacos [3, 4]. As nanoestruturas porosas permitem que biomoléculas possam ser armazenadas, podendo ser carregadas dentro da nanopartícula que se direcionará à um local específico no corpo. A forma e o tamanho do poro pode ainda ser seletivo quanto à biomolécula, tendo ainda mais precisão.
Com os mesmos princípios, essas nanoestruturas podem funcionar na liberação de agroquímicos, carreando e liberando de forma lenta e progressiva. O tamanho desses materiais fazem com que eles se espalhem muito mais pelo solo diminuindo a porção de agentes químicos lançados no solo [5].
Uma das principais características desses nanomateriais é sua propriedade de adsorção, que está intimamente relacionada com a porosidade podendo atuar na remoção de contaminantes em solos e água de forma mais eficiente [6].
CARACTERÍSTICAS DE NANOMATERIAIS MESOPOROSOS
Talvez a maneira mais “fácil” de ver se o material é mesoporoso ou não é por meio de uma fotografia. Para podermos enxergar esses nanoporos somente com um microscópio poderoso como um microscópio eletrônico de transmissão (TEM) ou um de alta resolução (HRTEM) como mostrado na figura abaixo.
Figura 2. Microscopia eletrônica de transmissão de nanopartículas de sílica do tipo SBA-15 [7]
Outras técnicas são empregadas para complementar a caracterização da nanoestrutura mesoporosa. Uma delas é por meio de isotermas de adsorção conhecida como método BET (Brunauer, Emmett, Teller). A mesoporosidade possui um perfil bem característico (figura 3), além de constar uma grande área de superfície.
Durante a adsorção, os mesoporos vão sendo preenchidos em multicamadas até a saturação, da qual ocorre a condensação do gás. Durante a dessorção há um “delay” na liberação dessas moléculas de gás observada na isoterma na forma de uma histerese.
Figura 3. Fenômeno de condensação capilar em uma nanopartícula mesoporosa.
No difratograma a organização hexagonal dos mesoporos é observada em difração de baixo ângulo, variando o ângulo 2θ de 1 á 10°, assim como também diferentes topologias dos nanoporos (figura 4). O tipo MCM-41 os poros possuem a forma das miscelas formadas pelo surfactante, tendo uma estrutura organizada em uma matriz hexagonal unidimensional cilíndrica. Já o SBA-15 possui uma parede fina, variando de 3 à 7nm com diâmetro de poros na faixa de 6 à 15nm [8].
Figura 4. Difração de raios-X em diferentes topologias de nanoporos A) MCM-41, B) SBA-15, C) MCM-48.
CONCLUSÃO
Nanomateriais porosos podem ser classificadas de acordo com o tamanho do poro como microporosos, mesoporosos ou macroporosos. São materiais relativamente recentes com uma vasta área de aplicação devido á sua elevada área de superfície. Acredito que este conteúdo dê uma ideia do que são onde vivem e o que comem e quais suas principais características. De uma maneira bem pessoal eu diria que a perspectiva atual é de dominar e encontrar meios de diminuir os custos da produção dessa classe de material, podendo assim sair dos laboratórios.
REFERÊNCIAS
1 – IUPAC Nomenclature for Ordered Microporous and Mesoporous Materials and its Application to Non-zeolite Microporous Mineral Phases. DOI: 10.2138/rmg.2005.57.1.
2 – Silica-Based Mesoporous Organic–Inorganic Hybrid Materials. DOI: 10.1002/anie.200503075.
3 – Mesoporous Materials for Drug Delivery. DOI: 10.1002/anie.200604488
4 -Mesoporous silica material TUD-1 as a drug delivery system. DOI: 10.1016/j.ijpharm.2006.09.019
5 – Application Of Nanotechnology In Agriculture And Food Industry, Its Prospects And Risks. DOI: 10.1515/eces-2015-0018
6 – Synthesis of a recyclable mesoporous nanocomposite for efficient
removal of toxic Hg2+ from aqueous medium. DOI: 10.1016/j.jiec.2017.04.035
7 – Immobilization of HRP in Mesoporous Silica and Its Application for the Construction of Polyaniline Modified Hydrogen Peroxide Biosensor. DOI: 10.3390/s90604635
8 – Ordered Mesoporous Materials.DOI: 10.1002/9783527610044.hetcat0011
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