NanoPunk?

Este post tem uma proposta mais especulativa do que algo técnico científico. De fato era um tipo de texto que já venho pensando em publicar desde o início deste blog e já que ultimamente esse espaço anda as moscas, poderia ser uma oportunidade de trazer o blog das cinzas.

A ideia surgiu quando dei uma olhada no livro Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology do Eric Drexler. Em termos gerais, ele começou a popularizar a nanotecnolgia a partir desse livro, do qual ele trazia perspectivas interessante de como poderíamos aproveitar essa tecnologia em um futuro próximo.

Algumas das sugestões me remetia a um modelo biohacking. Por exemplo, usando nanopartículas que pudesse adsorver oxigênio e distribuir pelo nosso organismo junto as hemácias, assim aumentar a eficiencia e potencializar atividades físicas de seres-humanos.

Já sabemos de algumas aplicações e pesquisas nos dias atuais que apontam usos de nanotecnologia para melhorar nossa saúde, mas também a biossegurança dessas aplicações. Como exemplo, poderia mencionar o vasto estudo de nanopartículas de ouro que quase milagrosamente resolvia problemas de inflamações e potencializando fármacos . Mas e a toxicidade? Então estudos começaram a indicar que essas nanopartículas de ouro acabam se alojando em determinados órgãos e não são excretadas e ainda causando danos ao DNA. Mas nao vamos tomar esse tipo de informação como temerosos e deixar de explorar as aplicações de nanoestruturas, mas sim como alerta e proporcionar mais estudos que nos levam a compreensão desses efeitos secundários.

Quando eu tinha esse tipo de visão eu imaginava um mundo mais cyberpunk no futuro e por incrível que possa parecer, o nanopunk é um genero literário que também coexiste com o cyberpunk. Porém agora eu vejo um mundo mais próximo de um futuro solarpunk e é aqui que começo este post.

O que é Solarpunk?

Solarpunk é um movimento artístico e literário, tal qual o cyberpunk, mas que tem um pé de steampunk e possui uma perspectiva mais otimista de sociedade futurística. O cyberpunk visa um mundo distópico com altas tecnologias, mas a vida humana é praticamente miserável. O solarpunk também tem altas tecnologias, mas ela é sustentável e assim proporcionando maior bem-estar na sociedade, sendo assim poderíamos dizer que ela é uma visão utópica, mas seria impossível?

Atualmente observo políticas que encaminham a sociedade para um futuro mais ao solarpunk do que cyberpunk. A ciência se encaminha para trazer soluções que abarca problemas de mudanças climáticas e de possíveis crises energéticas e com as politicas atuais na emissão de CO₂, elas acabam andando juntas.

Estamos preocupados com a mudança de atmosfera e no aumento de temperatura, a discussão aqui nao é se as causas sao antropomórficas ou naturais do planeta. O fato é que existe o problema e que isso pode ocasionar a extinção dos seres-humanos e então como podemos contornar o problema.

Dito isso, vou dar exemplos de como a nanotecnologia está sendo aplicada que caracteriza um protótipo de sociedade solarpunk. Para iniciar poderia mencionar materiais que adsorvem contaminantes de água. Você poderia usar micropartículas com núcleos de nano-magnetita, os chamados core-shell, onde você aplica a capacidade de adsorção junto com o magnetismo permitindo recuperar esses sólidos. Grafeno que atuam como purificadores de agua salgada e até mesmo nanomateriais que adsorvam CO₂ num processo conhecido como sequestro de carbono. Ainda na área de nanomateriais, podemos mencionar as tecnologias que melhoram a qualidade de solos para promover melhores plantios, já que o crescimento populacional exige um maior aproveitamento das terras.

Mas nao para só por ai e vamos extrapolar as biotecnologias, onde se utilizam microorganismos para diversas melhorias ou produção de energia com células de combustível vivas, onde se aproveita urina ou dejetos naturais para produção de eletricidade e diminuindo a quantidade de lixo.

Pode ser uma perspectiva muito otimista de minha parte, mas a questão é que estamos descobrindo tecnologias que antes parecia estar apenas nos livros de ficção. Claro que o solarpunk é uma utopia de sociedade ideal e o ideal é muito difícil de ser alcançado, mas possivelmente em um par de décadas estaríamos num mundo mais sustentável e melhor que agora, assim como hoje estamos melhor que no passado distante.

“Língua artificial” para identificar whisky falso

Cientistas escoceses desenvolveram um sensor bimetálico capaz de identificar whisky falso. O sensor foi feito com ouro e alumínio em uma configuração de arranjo semelhante a um tabuleiro de xadrez (Figura 1).

No artigo publicado na revista Nanoscale, eles explicam como o dispositivo foi fabricado e o seu funcionamento. O sensor óptico identifica o índice de refração da bebida, que por qualidades específicas da bebida proporcionam propriedades ópticas que a distingue de maneira única como uma espécie de “impressão digital”.

Figura 1 – Representação esquemática do sensor bimetálico.

A bebida contém diversas moléculas orgânica que estabelece qualidades gustativas e olfativas e o conjunto dessas moléculas orgânica promovem uma interação única com o sensor, modificando sua configuração de ressonância plasmônica, que pode ser medido com precisão. A escolha de um sensor bimetálico se dá pela capacidade que o ouro tem de interagir com moléculas orgânicas que contém grupo tiól (-SH) e do alumínio com grupos hidroxilas (-OH), possibilitando uma funcionalização seletiva.

Nanomateriais antimicrobianos

Você sabia que existem mais microrganismos em você do que pessoas no planeta, neh? Sim! Eles dominam a Terra e não os Gatos Illuminati como se supõe por ai… Embora sabemos que esses microrganismos sejam naturais e importante para nosso funcionamento biológico, alguns deles causam problemas de saúde, como infecções, micoses, candidíase, pneumocistose, tuberculose, etc… Antibióticos e outros fármacos que combatem esses microrganismos é muito comum de serem usados, porém os nanomateriais antimicrobianos vem sendo cada vez mais aplicados contra microrganismos de forma isolada ou em conjunto com esses fármacos no combate às doenças infecciosas. Embora a aplicação contra microrganismo seja comumente citada, ainda não se tem a exatidão dos mecanismos em que esses nanomateriais agem contra bactérias e fungos.

A nanotecnologia entra nessa jogada devido à resistência que microrganismo adquirem aos antibióticos. O nanomaterial antimicrobiano mais conhecido é de longe a nanoprata. Embora sua atividade antimicrobiana seja poderosa, ela contém alguns inconvenientes em algumas aplicações, fazendo cientistas buscar novas alternativas.

Entre os materiais mais estudados se encontram os nanometálicos  como a Ag e o Cu; e para os nano óxidos estão a Ag2O, ZnO, CuO, MgO, Cao e o TiO2.

Nanopartículas de prata

A prata possui um enorme potencial antimicrobiano podendo ser atribuído aos muitos mecanismos de ação contra os microrganismo (Figura 1). Entre  esses mecanismos estão a habilidade de se anexar na parede da membrana celular do microrganismo – interrompendo a captação de nutrientes necessários – e a penetração da mesma, causando buracos na membrana celular ocasionando o vazamento do material celular contido no seu interior.

A nanopartícula de prata pode interagir com grupos tióis (-SH) e aminas (-NH), se ligando a estruturas enzimáticas e em bases nitrogenadas do DNA, perturbando o funcionamento biológico da célula bacteriana.

Figura 1. Os diferentes mecanismos de ação da nanoprata no controle de microrganismo

 

Nanopartículas de ZnO

A segurança de ZnO e a compatibilidade com a pele humana torna-a adequada como aditivo para tecido e superfície que vem entrar em contato com o corpo humano. nanopartículas de ZnO apresentam atividade antimicrobiana para bactérias Gram-positiva e Gram-negativa. A propriedade antimicrobiana de ZnO aumenta com a diminuição do tamanho de partícula, podendo em uma concentração ideal ser até mais potente que a própria nanoprata.

Nanopartículas de ZnO também são fotocatalíticas, o que contribui fortemente na sua atividade antimicrobiana. Nanomateriais fotocatalíticos geram espécies de oxigênio reativos, como os peróxidos e os radicais livres, que exterminam microrganismos. Assim como as nano ZnO, TiO2 também possui atividade fotocatalítica, agindo da mesma forma.

O mecanismo exato de ação de ZnO é ainda desconhecido, entretanto atribui-se duas possíveis propostas:

1)Geração de peróxido de hidrogênio

2)Acumulo de partícula na superfície celular da bactéria devido ás forças eletrostática.

Nanopartíulas de TiO2

Propriedade antimicrobiana do TiO2 está relacionada com a sua estrutura cristalina , forma e tamanho. O estresse oxidativo via geração de radicais livres pode ser uma particularidade importante no mecanismo para nanopartículas de TiO2 (fase anatase).

Propriedade fotocatalítica das nanopartículas TiO2 auxiliam na eficiência de erradicação bacteriana

Nanopartículas de Au

Nanopartículas de Au são não-tóxicas, possuem alta habilidade de funcionalização e efeito polivalentes.

Embora a geração de espécies de oxigênio reativas seja a principal causa de morte celular da maioria dos antibióticos e nanomateriais antimicrobianas, o Au não possui indução alguma dessas espécies.

Cui et al. provou que a atividade antimicrobiana de nanopartículas de Au são ocasionadas por:
1) a fixação destas nanopartículas à membrana bacteriana, seguida da modificação do potencial da membrana e do decréscimo do nível de ATP e
2) inibição da ligação de ARNt ao ribossomo

Estudos reportam que nanoAu funcionalizadas com 5-fluorouracil possuem maior efeito em bactérias Gram-negativas do que em Gram-positivas devido á facilidade de internalização.

Interação de cargas negativas com membrana celular que possui carga positiva.

Lima et al. reportam efeito antimicrobiano de até 95% contra E. coli e S. Typhi. Os autores relatam que a propriedade biocida foi ocasionada pela rugosidade e dispersão das nanopartículas de Au.

Nanopartículas de SiO2

Nanocompósito Ag/SiO2 possuem propriedades antimicrobianas mais potentes contra E.Coli e S. Aureus e C. Albicans enquanto que Au/SiO2 não apresentam atividade.

SiO2 atua como matriz para incorporação de nanometálicos com atividade antimicrobiana.

Figura 2 : Core-Shell de nanopartículas de sílica antimicrobianas.

 

MgO e CaO

CaO e MgO indicam forte atividade antimicrobiana relacionado à alcalinidade e espécies ativas de oxigênio.

O mecanismo é provocada pela geração de superóxido na superfície dessas partículas, e também um aumento no valor do pH pela hidratação de CaO e MgO com água.

Nanopartículas de MgO causam danos na membrana celular  que consequentemente ocasionam vazamento dos conteúdos intracelular, causando a morte da célula.

Nanopartículas de MgO sozinhas ou combinadas com Nisina, um peptídio antimicrobiano, apresenta efetividade contra E. coli e Salmonela Stanley, podendo ser usadas como agente antimicrobiano em alimentos para melhorar a segurança alimentar.

Nanopartículas MgO e Cao isoladas ou em combinação são alternativas para desinfetantes com baixo custo. Isso as torna promissoras como agente antimicrobianas.

Nanopartículas de Cu e CuO

Nanopartículas de cobre possuem grande interesse para cientistas devido às suas propriedades biológicas, fisico-química e atividade biológicas a um baixo custo. Entretanto o cobre possui uma rápida oxidação quando exposta ao ar, limitando sua aplicação.

Testes com nanopartículas de CuO indicam que possuem atividade antimicrobiana.  Acredita-se que as nanopartículas atravessam a membrana celular da bactéria e os danos nas enzimas vitais são gatilhos para o fator crítico nas morte celular.

Tamanho, estabilidade e concentração são fatores que contribuem para o efeito antimicrobiano. De um modo geral podem atuar de forma isolada ou incorporadas em nano ou micromateriais, como é o caso de zeólitas, que impregnadas com CuO adquiri propriedade antimicrobiana se tornando multifuncional.

 

Referências

Antimicrobial activity of the metals and metal oxide nanoparticles DOI: 10.1016/j.msec.2014.08.031

Antimicrobial Activity of CaO Nanoparticles DOI: 10.1166/jbn.2013.1681

Silver nanoparticles: the powerful nanoweapon against multidrug-resistant bacteria DOI: 10.1111/j.1365-2672.2012.05253.x

 

Uso da nanotecnologia na remoção de óleo na água

Quando óleo vem a se misturar com água, removê-la torna-se um desafio, caro e em algumas vezes as técnicas são problemáticas e perigosas. Pesquisadores da Escola de Engenharia Cockrell parece terem desenvolvido a melhor técnica pika das galáxias do universo  para resolver esse problema.

O estudo foi publicado no Journal of Nanoparticle Research da editora Springer [1]. Eles usaram nanopartículas magnéticas funcionalizadas para a remoção das gotas de óleo contidos na água. As nanopartículas magnéticas tiveram sua superfície modificada (Figura 1) com grupo amina, tendo assim uma carga positiva que atrai o pólo negativo do óleo.

Figura 1. Esquema da modificação da superfície das nanopartículas magnéticas

Por um mecanismo de força eletrostática o óleo “gruda” na nanopartícula que então é removida/separada da água usando um imã (Figura 2).

Figura2. Ilustração esquemática do mecanismo de remoção das gotículas de óleo

Os engenheiros acreditam que a técnica pode melhorar a forma de tratamento de água tornando-a mais simples e eficiente, além de poder retirar outros contaminantes, como por exemplo, o chumbo.

Os processos modernos usados atualmente na remoção de contaminantes consegue retirar até 95% do óleo contido na água, deixando ainda pequenas gotículas do contaminante na água. Com a técnica é possível agir diretamente nesse problema, atuando em pequena escala.

 

Links externos

Nanoparticles and Magnets Offer New, Efficient Method of Removing Oil from Water, UT news

New, Efficient Technique Uses Nanoparticles and Magnets to Remove Oil from Water, Azo Nano

Artigo [1] – Amine functionalized magnetic nanoparticles for removal of oil droplets from produced water and accelerated magnetic separation. DOI: 10.1007/s11051-017-3826-6

Materiais hidrofóbicos: nanotecnologia

(TECIDOS FASCISTAS E HIDROFÓBICOS!)

Você já deve ter visto por ai tecidos que repelem a água ou roupas que não sujam. Mas como isso é feito? Vamos tentar entender isso de mais perto, digamos, alguns bilionésimos de metros mais perto.

A nanotecnologia sem dúvida está cada vez mais nos surpreendendo, de acordo com os avanços que podemos ver nas pesquisas  de hoje.

A tecnologia em tecidos tem sido uma das aplicações de nanomateriais. Talvez pelo fácil apreço comercial.

Roupas antimicrobianas possuem atrativos em relação à saúde num mundo onde cada vez mais estamos a mercê de novos contaminantes microbiológicos. E tecidos que são sujam? Interessante, não? Fala isso pra sua mãe.

A natureza é uma máquina incrível e algumas inspirações tecnológicas tentam imitá-la. Muitas superfícies biológicas tem a capacidade de repelir água e por consequência adquirem um sistema autolimpante.  O maior exemplo disso são as folhas da flor de Lotus (Figura 1 e 2).

Figura 1: Flor de Lotus desabrochada

Figura 2: Folhas da planta repele a água

A flor é mesmo muito bonita, tanto é que ela possui um apelo místico no oriente. Mas o que nos interessa aqui são as folhas. Vejam na Figura 2 as gotas de água que não molham a superfície, sendo dessa forma hidrofóbicas.

A hidrofobicidade se dá pela nanoestrutura na folha que apresenta rugosidades capazes de aumentar a tensão superficial da água impedindo ela molhar. Por causa disso foi denominado “efeito flor de lótus” para superfícies sintéticas criadas para possuírem propriedades hidrofóbicas, sendo essas causadas por rugosidades a nível nanométrico [1,2].

Entre os efeitos da hidrofobicidade está o fenômeno de autolimpeza. A Figura 3 ilustra como isso ocorre. As folhas da flor de lótus são capazes de remover impurezas depositadas sobre a superfície por um mecanismo de rolagem das gotas de água.

Figura 3: Diagrama relacionando rugosidade e propriedade autolimpante. Imagem adaptada de Barthlott 1997 [1]

Figura 4: Morfologias de nanopartículas na criação de em rugosidade. a) SiO2 e b) ZnO nanorods Park 2015 [2]

Existem várias formas de produzir uma superfície hidrofóbica. Alguns usam dip-coating (Figura 5), síntese in-vitro, etc… Na maioria das vezes são sitetizadas nanopartículas sobre a superfície proposta.

No caso de tecidos, modificam geralmente a superfície das fibras de algodão, que é material usado na produção de vestuários.

Na Figura 4 (figura acima) mostra em a) nanopartículas de sílica e b) nanorods de ZnO.

Figura 5: Gotas de água em uma superfície hidrofóbica modificada por processo dip-coating. Gurav 2015 [3]

Um dos materiais mais usados na obtenção de superfícies hidrofóbicas são nanopartículas de sílica, por serem robustas e de fácil obtenção. Para saber mas sobre  nanopartículas de sílica pode-se dar uma olhada aqui.

Pra mostrar o quão “fácil” é obter tecidos hidrofóbicos, me dispus a experimentar algumas técnicas. De forma bem resumida, de algumas testadas consegui apenas uma e por negligência não foi anotada e foi perdido a informação da forma exata de obtenção, sendo assim perdida no caos a fórmula precisa. Mas tenho as fotos pelo menos (RÁ!).

Claro que isso foi feito por curiosidade apenas. Mas resumidamente algumas observações:

1. O tecido em questão foi de algodão. Nota-se que não houve mudança na coloração, o que é bom. É impossível perceber qualquer mudança a olho nu. as fibras foram recobertas por nanopartículas de sílica que nuclearam e cresceram nas fibras, parecidas como as da figura 6.
2. A deposição das nanopartículas de sílica se deram da seguinte forma (mais ou menos, porque não foi registrado): O tecido foi submersa numa mistura de água. alcool e ortossilicadto e Tetraetilo (TEOS) . Foi agitado por um período e então uma quantia de hidróxido de amônia foi adicionado na mistura. Com isso inicia-se a hidrolização do TEOS formando as nanopartículas que causará rugosidade na superfície do tecido.

Figura 6: micrografias eletrônica de fibras de algodão modificadas. Zhang 2013 [4]

 

Referências

[1] W. Barthlott,C. Neinhuis. Purity of the sacred lotus, or escape from contamination in biological surfaces. 1997.  DOI: 10.1007/s004250050096

[2]Park, Sohyun, Kim, Jooyoun, Park, Chung Hee.  Superhydrophobic Textiles: Review of Theoretical Definitions, Fabrication and Functional Evaluation. 2015. DOI:  ? (não encontrado)

[3]Gurav, Annaso B. Xu, Qingfeng. Latthe, Sanjay S. Vhatkar, R. S. Liu, Shanhu. Superhydrophobic coatings prepared from methyl-modified silica particles using simple dip-coating method. 2015. DOI: 10.1016/j.ceramint.2014.10.137

[4] Zhang, Ming. Wang, Chengyu. Wang, Shuliang. Li, Jian. Fabrication of superhydrophobic cotton textiles for water–oil separation based on drop-coating route. 2013. DOI: 10.1016/j.carbpol.2012.08.118

Nanopartículas de sílica

Muito comum lermos sobre nanopartículas reativas ou catalíticas que atuam de forma direta. E no caso de nanopartículas inertes, como é o caso da sílica? É sobre esse nanomaterial que vou abordar aqui neste artigo.

A sílica é o material mais abundante da crosta terrestre, formada por óxido de silício (SiO2). Nanopartículas de sílica são nanoestruturas que possuem alta área superficial estabilidade química e térmica. Tais características fazem delas excelentes substratos e suportes catalíticos.

As nanopartículas de sílica são consideradas “potes” modernos, nano reservatórios que podem servir como carreadores de biomoléculas.

Na área da biomédica o seu emprego e estudo vem trazendo melhorias quanto a dosagem e aplicação de fármacos pontual. A habilidade de adsorver biomoléculas em seu interior, decorrente da porosidade, permite a liberação do fármaco de forma lenta e controlada.

Morfologia das nanopartículas de sílica

Elas podem ser maciças ou porosas. As do tipo porosa atraem mais a atenção pela sua grande área superficial e pela habilidade de encapsular moléculas em seu interior. O tamanho da porosidade as classificam como microporosa (quando os poros são menores que 2nm), mesoporosa (poros entre 2 e 50nm) e macroporosa (quando poros são maiores que 50nm).

Os primeiros nanomateriais de sílica mesoporosas (MSN – Mesoporous Silica Nanoparticle) foram sintetizadas pela Mobil Oil Corporation. Essa nanoestrutura possuíam formas hexagonais e foi classificada como MCM-41.

Esquema de formação do nanomaterial de sílica mesoporosa do tipo MCM-41

Síntese de nanopartículas de sílica

Stöber em 1968 descreve uma rota sintética de nanopartículas de sílica  com base nos estudos de Kolbe em 1956.

A síntese constitui em uma hidrolização de um alcóxico de silício, geralmente o ortossilicato de tetraetilo (TEOS) em presença de etanol catalizada por uma base forte. Na etapa de condensação há a desalcoolização e formando assim grupos silanóis que darão início a polimerização.

Mecanismo da formação da sílica

A presença de grupos silanóis (Si-OH) contribuem muito para funcionalização do nanomaterial.

Para formar nanopartículas mesoporosas usa-se surfactante  formando miscelas que serão os moldes dos poros. Após a síntese deve-se retirar o tensoativo. Pode-se retirar mediante a energia térmica, com calcinação, ou então com solução ácida.

Aplicações

Na área médica, como foi descrito anteriormente, vem chamando muito a atenção. Não apenas na questão de aplicação pontual, liberação lenta e controlada como também a sua capacidade de ser multifuncional.

Podem ser funcionalizadas por moléculas que combinam propriedade de diagnosticar e tratar determinadas doenças. É mais comum vermos aplicação em câncer, da qual detecta e inicia o processo de terapia em seguida.

A habilidade de carreamento não se limita apenas na medicina. Nanopartículas de sílica podem ser aplicadas na agricultura como fertilizantes, herbicidas e pesticidas. A nanotecnologia está cada vez mais presente na agricultura podendo fazer mais com menos, diminuir a porção química economizando e diminuindo impactos ambientais.

Uma outra aplicação de nanopartículas de sílica é atuar como repelente de mosquito. Consiste em funcionalizá-la com material repelente – princípio ativo que no caso de mosquito é o DEET, como fizeram este estudo de Bae G. Y et al.

Certamente essas são apenas alguns exemplos e ainda há muito por vir.

Referência

Controlled Growth of Monodisperse Silica Spheres in the Micron Size Range 1
WERNER – DOI: 10.1016/0021-9797(68)90272-5

Silica-Based Mesoporous Organic–Inorganic Hybrid Materials – DOI: 10.1002/anie.200503075

Theranostic applications of mesoporous silica nanoparticles and their organic/inorganic hybrids – DOI: 10.1039/c3tb20249f

Superhydrophobicity of cotton fabrics treated with silica nanoparticles and water-repellent agent – DOI: 10.1016/j.jcis.2009.04.066

Nano dispositivo purifica água usando luz solar

A nanotecnologia vem como missão “fazer mais  com menos”, como se evidencia em mais um caso de suas aplicações.

Na maioria das vezes para eliminar possíveis germes que estão presentes na água usa-se a ebulição consumindo combustível ou então expor no sol para que o sol faça sua parte.

Porém os raios UV são apenas 4 % da energia solar requerendo 48 h para a finalização da atividade de esterilização. Para melhorar o uso e eficiência da luz  solar na descontaminação, a nanotecnologia reserva uma utilidade interessante.

É usando um nano dispositivo que os pesquisadores do Departamento de  Energia da Universidade de Stanford conseguiram usar a parte da luz solar visível, que contém 50 % da energia solar, para purificar a água em apenas 20 minutos.

Figura 1 – Esquema ilustrativo do funcionamento do dispositivo

O dispositivo é capaz de concentrar a energia solar por meio de veios que possuem alguns nanometros, formando espécies químicas na água, como peróxido de hidrogênio, que é capaz de eliminar 99,999% das  bactérias. Após o efeito a espécie química dissolve na meio deixando apto ao consumo humano.

O dispositivo é feito de dissulfeto de molibdênio que é um lubrificante industrial, porém quando é disposto de camadas com algumas unidades atômicas de espessura, adquire outras propriedades.

Figura 2 – Morfologia da superfície do dispositivo

No microscópio  eletrônico de varredura (MEV) a superfície se assemelha com uma  impressão digital (figura 2). Os pesquisadores chamam essa nanoestrutura de “nanoflakes”.

O dispositivo não é capaz de eliminar outros micróbios e microrganismo como vírus, por exemplo, mas é válido a observação do uso de um material barato e de fácil produção funcionar como um fotocatalisador com excelente performance.

Não somente do ponto de vista tecnológico que este dispositivo traz novidades interessante. Dispositivos de fácil produção que atuam na purificação de água pode ajudar muito as pessoas de países subdesenvolvidos a terem uma qualidade de vida melhor.

Referência

http://www.nanotechnologyworld.org/single-post/2016/08/17/Nanostructured-Device-Purifies-Water-With-Light

 

 

Nanotecnologia em tecidos

Tramando com os nanomateriais 

Os nanomateriais estão na moda

Figura 1 – Aplicações da nanomateriais em tecido

A nanotecnologia realmente promete revolucionar o mundo ao nosso redor e não é para menos. Estão em boa parte da tecnologia moderna, como na área da saúde, energia, engenharia estrutural, etc…

Aparentemente os nanomateriais estão fora do nosso alcance, mas não se engane! Ela pode estar até mesmo na sua própria roupa! E é sobre suas aplicações que abordarei aqui este artigo.

Por mais tolo que pareça ser, a industria têxtil possui tecnologia de ponta. Não nos damos conta por que a roupa faz parte da nossa vida diária e por tal motivo se banalizou.

A roupa tem por objetivo nos proteger (seja do frio, da poeria, do calor, dos olhares maliciosos…) e o uso de nanomateriais para aperfeiçoar nossa proteção está cada vez mais frequente.

Figura 2 – Aplicações diversas da nanotecnologia em tecidos

REPELENTES DE ÓLEOS E ÁGUA

Eu iria fazer uma piada sobre hidrofobia, mas ia parecer opressor demais.

Nanoestruturas podem ser usadas para imitar o que a natureza já faz, como é o exemplo da flor de Lotus. Uma estrutura com a superfície tendo nanowhiskers (nano bigodes de gato) poderia ser usada para repelir a água e o óleo, ou seja, aquele sonho de não sujar o tênis, a camisa ou o milagre de deixar cair um copo de refrigerante na calça branca…

Esses nanowhiskers teriam distâncias entre si que seriam menores que a gota, porém maiores que a molécula. Esse efeito causaria uma tensão superficial elevada, diminuindo a molhabilidade do líquido.

Outra maneira de fazer uma roupa hidrofóbica é incorporar nanopartículas de sílica  (SiO2) no algodão do tecido. As nanopartículas de sílica causaria uma rugosidade que em determinados ângulos de contato poderia repelir o líquido pela ação da tensão superficial.

PROTEÇÃO CONTRA RAIOS UV

Nanomateriais não te tornariam super-heróis com capas ou blindagens cotra os raios ultra violetas, mas poderiam te dar uma forcinha…

Nanopartículas de semicondutores, como o óxido de titânio (TiO2) e óxido de zinco (ZnO)  possuem a habilidade de absorver ou dispersar a radiação ultravioleta. Essa habilidade é dependente de seu tamanho. Para espalhar a luz numa faixa de comprimento  que varia entre 200-400 nm o ideal de tamanho de partículas seria de 20-40 nm.

Não somente em roupas, mas em outros materiais de uso pessoal ou público (imagine tendas ou até mesmo vidro de carros com bloqueadores de radiação UV) poderiam ser empregados esses nanomateriais como películas.

ROUPAS  ANTIMICROBIANA

Aquelas meias fedidas! Com a ajuda dos nanomateriais antimicrobianos podem ter os seus  dias contatos!

Nanopartículas de TiO2 e ZnO podem ser usados como antimicrobianos e fungicidas também. Tem sido relatado em muitos estudos a propriedade antimicrobiana de nanopartículas de prata (AgNP). O mecanismo de ação ocorre agindo com proteínas desses organismo impedindo o seu crescimento. Diversos materiais já foram incorporados com nanopartículas de prata apresentando propriedades antibactericida.

A nanotecnologia está mudando a forma do mundo em que vivemos, mudando desde a aplicação até o modo de fabricação dos produtos. Tanto é que os nanomateriais estão tão na moda que já está agindo na área da moda se tornando fashion.

Sem dúvida que os nanomateriais atuarão na industria têxtil, mudando concepções, formas e estilos de vida.

 

REFERÊNCIA

Nanotechnology in Textiles 10.1021/acsnano.5b08176

 

O que são Core-Shell?

Por favor… Não confunda com Corel-Draw ou com o posto de gasolina Shell

Figura 1 – Exemplos de Core-Shell.

Costumamos falar das propriedades, como fazer e como caracterizar os nanomateriais, mas por vezes não damos a devida atenção no formato em que elas se apresentam.

Os nanomateriais podem apresentar diversas formas, sejam elas esférica, tubulares, em forma de fios ou fibras e até mesmo geometrias complexas e específicas. De um modo geral elas podem apresentar-se em 1D, 2D ou 3D. O seu formato interfere na propriedade final da nanopartícula, seja ela ópticas, eletroquímica, catalítica e por ai vai…

Neste post vou abordar brevemente sobre as nanopartículas do tipo Core-Shell. Este tipo de partícula é composta por um núcleo (Core) feito de algum elemento ou substância recobrida com uma “casca” (shell) feito por outra substância, como ilustrada na figura 1 (GAWANDE et al., 2015). É comum vermos nos artigos científicos a nomenclatura  X@Y, onde X é o núcleo e Y a casca.

Possuem propriedades e aplicações interessantes, usadas geralmente quando um único elemento não satisfaz todos os requisitos. O uso da engenharia de materiais para melhorar comportamentos de materiais é aplicado em um sistema que exige duas ou mais funções em uma mesma partícula.

Para ficar mais claro, podemos dar o exemplo de uma nanopartícula core-shell com núcleo composta por óxido de ferro e revestida por algum outro elemento. O óxido de ferro sendo magnética dará propriedade magnética a essa nanopartícula, podendo ser deslocada por um efeito de um campo magnético. Uma aplicação deste tipo de nanomaterial é como carreadora de fármacos que podem ser guiadas através de um campo magnético até um local específico para o tratamento (VERMA et al., 2013).

Outra aplicação é como catalisadores, frequentemente em células a combustível, por possuírem excelentes propriedades eletroquímicas, podendo trabalhar com diversos elementos químicos, como o cobre, platina (SIEBEN et al., 2014), ouro e prata (CSAPÓ et al., 2012).

O processo de síntese envolvendo metais como recobrimento é basicamente reduzir o metal em cima do núcleo. No trabalho de Zhang et al, eles revestem nanopartículas de sílica com cobalto (figura 2) reduzindo um sal de cobalto com borohidreto de sódio (ZHANG et al., 2016). No sistema Au@Ag, por um processo galvânico, a prata tende a reduzir sobre a o ouro, porém em um sistema invertido, requer alguns ajustes e um agente catalizador ou redutor para forçar a redução do ouro sobre a prata.

Figura 2 – Mecanismo de síntese de nanopartíciulas de sílica revestida por cobalto (SiO2@Co).  

A nanotecnologia ainda percorre o caminho da evolução. Nem tudo  está pronto, ainda há muito o que percorrer e este foi apenas uma das formas em que podemos encontrar os nanomateriais.

Referências

CSAPÓ, E. et al. Synthesis and characterization of Ag/Au alloy and core(Ag)-shell(Au) nanoparticles. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, v. 415, p. 281–287, 2012.

GAWANDE, M. B. et al. Core-shell nanoparticles: synthesis and applications in catalysis and electrocatalysis. Chemical Society Reviews, v. 44, n. 21, p. 7540–7590, 2015.

SIEBEN, J. M. et al. Synthesis and characterization of Cu core Pt-Ru shell nanoparticles for the electro-oxidation of alcohols. International Journal of Hydrogen Energy, v. 39, n. 16, p. 8667–8674, 2014.

VERMA, N. K. et al. Magnetic core-shell nanoparticles for drug delivery by nebulization. Journal of Nanobiotechnology, v. 11, n. 1, 2013.

ZHANG, Y. et al. High efficiency reductive degradation of a wide range of azo dyes by SiO2-Co core-shell nanoparticles. Applied Catalysis B: Environmental, v. 199, p. 504–513, 2016.

Nanotecnologia: Uma nova fronteira para a agricultura

Nanotecnologia é a ciência de manipular materiais na escala nano. Tem sido o centro das atenções nas últimas décadas devido a sua diversidade de aplicações. As aplicações são tão vastas que até mesmo as fazendas estão adotando a tecnologia do pequeno.

Há uma preocupação em relação ao cultivo de alimento devido ao grande aumento da população no planeta, gerando grandes demandas na produção. O combate contra pestes que destroem cultivos tem recebido atenção nos últimos tempo.

Pestes de plantas são os maiores limitadores na produção e colheita de produtos agrícolas. Como forma de combate a essas pragas, atualmente usa-se pesticidas de forma quase indiscriminada. Com o excesso de pesticidas em lavouras, há em consequência o aumento no custo da colheita, que implica em produtos encarecidas. O uso sem prescrição pode causar poluição em leitos, lençóis freáticos e ao meio ambiente.

O emprego da nanotecnologia no uso de pesticidas reduz a quantidade do principio ativo utilizado para o mesmo objetivo. A eficiência se dá pela liberação controlada e localizada diminuindo perdas. Recentemente a nanotecnologia tem trazido novas perspectivas e aumento na eficiência de diversas aplicações. O intuito da nanotecnologia é produzir mais com menos.

Nanopesticidas são filmes finos ou encapsulamento do principio ativo em nanoestruturas. Essa aplicação pode aumentar o valor dos pesticidas, ação localizada e menor  porção de agrotóxicos, reduzindo os danos no meio ambiente.

Figura 1 – Representação esquemática da aplicação de nanomateriais no setor de agro-alimento

Nanopartículas podem tratar solos, por estarem na escala de um bilionésimo de metro, permeiam o solo e ancoram na raiz da planta, combatendo ervas daninhas. Umas das aplicações é agindo dentro do sistema, na raiz da erva daninha translocando-se para partes que inibem a glicose da reserva de alimento, fazendo a praga morrer de fome.

Nano Laminados  também são empregados. São filmes finos de compostos comestíveis, como polissacarídeos, proteínas e lipídios, depositados em alimentos agindo como barreiras contra gases de O2 e CO2 diminuindo a deterioração de alimentos.

A agricultura do século 21 enfrenta diversos desafios para produzir mais com menos recursos agrícolas e isso tomará força quando será necessário alimentar os 9 bilhões de pessoas em 2050.

Embora os nanomateriais estejam no nosso cotidiano, ainda não as enxergamos e tudo indica que cada vez mais estaremos em contato com essa nova classe de materiais  que ainda prometem melhorar nossas condições de vida e bem estar.

 ***

Rerência

Nanotechnology: A new frontier in Agriculture

Muhammad Azam Ali^1*, Iqra Rehman², Adnan Iqbal¹, Salah ud Din¹, Abdul Qayyum Rao¹, Ayesha Latif¹, Tahir Rehman Samiullah³,  Saira Azam³, Tayyab Husnain¹

Adv. life sci., vol. 1, no. 3, pp. 129-138, May 2014