A Era Nano

Biologia

07/04/2016

Apesar das nanopartículas estarem presentes na natureza há milhares de anos, foi na década de 50 que o físico americano Richard Feynman, em conferência na Reunião da Sociedade Americana de Física, sugeriu a construção e a manipulação, átomo a átomo, de objetos em escala nanométrica. A palestra apresentada por Feynman foi intitulada “Há mais espaços lá embaixo” e representou uma nova concepção em nanociência e nanotecnologia. Somente mais tarde, na década de 80, com a descoberta dos fulerenos, por Kroto, posteriormente, a síntese dos nanotubos de carbono por Iijima, os temas em nanociência e nanotecnologia, antes vistos como ficção, passaram a ser tratados com maior seriedade.


Como produto tecnológico, nanomateriais tem uma história mais recente, são as chamadas nanopartículas manufaturadas (engineered nanoparticles) que são produzidas pelo homem usando diferentes materiais como metais, óxidos metálicos, não-metais, carbono, polímeros e lipídios. Por outro lado, as nanopartículas naturais presentes no ambiente derivam de eventos como tempestades de poeira terrestre, erosão, erupções vulcânicas e incêndios florestais.


Para entender as dimensões da escala nanométrica, consideremos o fator de grandeza correspondente a 10-9. Então, quando se fala de um nanômetro refere-se a um bilionésimo do metro. É exatamente nessa escala de tamanho que a nanotecnologia é trabalhada e que os objetos nanotecnológicos são concebidos. Nessa mesma escala estão os átomos e as moléculas. Para esclarecer com exemplos reais é só pensar que um nanômetro é aproximadamente 100 mil vezes menor do que o diâmetro de um fio de cabelo, 30 mil vezes menor do que um dos fios de uma teia de aranha ou 700 vezes menor que um glóbulo vermelho. Outro jeito de entender quão pequenas são essas partículas é considerar o tamanho de um bola de tênis em comparação com o planeta Terra, e nessa mesma escala, a bola de tênis é do mesmo tamanho em relação a Terra quanto uma nanopartícula em relação a bola de tênis, curioso, não é?!


Conceitualmente, existe uma tendência em considerar como nanopartícula um material ou estrutura com não mais de 100 nm de tamanho em pelo menos uma das dimensões. Esta categorização é bastante artificial e arbitrária, especialmente do ponto de vista das interações biológicas. Esta definição está ainda em fluxo, e, por exemplo, a organização americana que controla a fabricação e registro de alimentos e medicamentos (U.S. Food and Drug Administration) usa a definição de 1-1.000 nm para compostos químicos e solicita informações para ingredientes com menos de 1.000 nm dos produtos sobre os quais regula.


Na natureza a escala nano compõe muitas coisas facilmente reconhecidas, por exemplo, quando a água é misturada com o óleo, ocorre sobre a superfície um efeito chamado iridescência (efeito arco-íris). Efeito semelhante pode ser observado nas asas da borboleta azul (como as do gênero Morpho). Na verdade isso ocorre porque existem estruturas- nanoestruturas- que ao interagir com a luz modulam o índice de refração no qual a cor muda com o ângulo de observação ou iluminação causando interessante efeito óptico. Outro efeito muito interessante creditado à presença de nanoestruturas é o chamado efeito lótus, que ocorre em muitas folhas de plantas. Tal efeito faz com que a superfície fique extremamente hidrofóbica (tendência a repelir a água) e como resultado, a água não escorre, mas, literalmente, rola sobre o limbo da folha ou forma aquelas gotículas perfeitas.

Alguns desses efeitos observados na natureza despertaram o atenção dos cientistas e inovadores com o interesse de reproduzi-los para diversas finalidades. Nisso está o advento da nanotecnologia, que nada mais é do que explorar e aprimorar as capacidades que nanoestruturas possuem e atribuí-las novas finalidades. O termo “nanotecnologia” foi cunhado por Norio Taniguchi, em 1957, e não descreve apenas uma singular tecnologia, mas engloba uma gama de tecnologias que operam na escala de blocos de construção de materiais biológicos ou manufaturados, partindo do design, caracterização, produção e aplicação de estruturas, dispositivos e sistemas através do controle da forma e tamanho em nanoescala.


Em escala reduzida os compostos podem diferir da sua contraparte correspondente a granel/brutos em relação a diversas características, como: área de superfície, forma, estabilidade, rigidez, revestimento e carga elétrica. Com a nanotecnologia é possível obter novas propriedades dos materiais, antes não observadas quando em tamanho micro ou macroscópico, por exemplo, a tolerância à temperatura, a variedade de cores, as alterações da reatividade química e a condutividade elétrica. A essência da nanotecnologia consiste na habilidade de se trabalhar em nível atômico, molecular e macromolecular a fim de criar materiais, dispositivos e sistemas com propriedades e aplicações fundamentalmente novas. O controle rigoroso de variáveis, tais como pH do meio reacional, temperatura de calcinação e a dispersão das espécies químicas de interesse, é considerado crítico, especialmente quando se considera o controle do tamanho de partícula.


Muitos campos industriais empregam nanomateriais. Em óptica, é usado para fabricar revestimentos antirreflexo. No domínio térmico, eles são utilizados para aumentar a transferência de calor a partir de coletores solares ou melhorar a eficácia do fluido de arrefecimento em transformadores ou melhorar a vida útil das baterias. Nanomateriais de uso industrial são usados para melhorar a resistência ao desgaste ou para criar novas estruturas, mais fortes, mais leves, ou ambas. Na eletrônica, são utilizados para aumentar o desempenho dos componentes como capacitores ou monitores embutidos em telefones celulares. A indústria farmacêutica utiliza para a fabricação de curativos antibacterianos, sondas para a detecção de doenças ou nanorobôs para entrega direciona de medicamentos. No domínio ambiental, podem remediar solos contaminados e filtrar a água de forma mais eficiente.


Entre os nanomateriais de maior produção, pode-se utilizar como exemplo a nanopartícula de Dióxido de Titânio (nTiO2) cuja produção anual alcançou 38.000 toneladas em 2011 nos Estados Unidos e mais de 10.000 toneladas na União Europeia em 2014. nTiO2 é um pigmento branco usado principalmente na produção de tintas, tintas de impressão, produtos de plástico e papel, também utilizada em muitos produtos como comida (corante alimentar E171), cosméticos, protetores solares, cerâmicas, fibras e borracha.


Com tecnologias cada vez mais sofisticadas e grande aporte de investimento é possível que a nanociência avance muito nos próximos anos e equipamentos ou componentes mais eficientes sejam concebidos desde nanorobôs para tratamento de doenças até materiais para construção totalmente resistentes a deterioração. Quando o assunto são nanopartículas ainda há um universo de possibilidades a ser explorado.