Nanotecnologia

O que é nanotecnologia
(por Fernando Cibelli de Castro)

Introdução

A nanotecnologia passou a ser explorada sistematicamente há pelo menos dez anos na grande mídia, mas suas vastas possibilidades continuam desconhecidas e divulgadas de maneira fragmentada. Neste momento, a ciência dos objetos projetados em escala atômica começa a tomar novo impulso. Em caráter embrionário, as primeiras pesquisas ocorreram na primeira década do século XX, mas na prática, a nanotecnologia se tornou possível tecnicamente a partir de 1931 com o aparecimento da primeira versão do MET, (Microscópio Eletrônico de Transmissão).
Entre 1995/1997 e produção científica nano ganhou contornos de escala em laboratórios e passou a ser reconhecida como ciência multidisciplinar com ramificações que partem de conceitos físicos e se espalham pelas diversas áreas do conhecimento, notadamente na farmacologia, medicina, na própria física, na biotecnologia, engenharia de materiais, microeletrônica, nas ciências da computação, na pesquisa aeroespacial.
No entanto o termo foi descrito pioneiramente por Norio Taniguchi em 1974. Nos anos 80, Eric Drexler por meio do livro "Engines of Creation" voltou a utilizar os termos nanotecnologia e nanociência. À época foi considerado um texto próximo à ficção científica, mas resultou na primeira tese de doutorado sobre nanotecnologia defendida e aprovada no Massachusetts Institute of Technology.
Atualmente a teoria de Drexler está associada ao campo da nanotecnologia molecular e propõe a construção de átomo por átomo como uma parede erguida em tijolos ou concreto pré-moldado. Ele acredita que no futuro a nanotecnologia poderá permitir a produção de dispositivos de regeneração celular capazes de conduzir o homem à imortalidade biológica.
A nanotecnologia desenvolve-se a partir da associação de várias áreas de investigação com três abordagens distintas. A primeira refere-se à microeletrônica para produzir chips de computadores e mais recentemente para produzir testes clínicos em miniatura. A segunda abordagem recorre às técnicas tradicionais de química e das ciências dos materiais. A terceira abordagem é aquela que levará mais tempo a produzir resultados significativos porque requer um controle fino da matéria só possíveis com o aperfeiçoamento da tecnologia de microscopia eletrônica.
Como veremos logo adiante o homem é um aventureiro incansável na perseguição de suas novas fronteiras. Estamos sempre atrás de descobertas, de explicações para a razão de nossa existência. Nessa busca constante acabamos por desvendar novos mundos. Acima de nós, no firmamento, procuramos alguma pista sobre a nossa origem.
Os metafísicos tentam conversar com Deus. Os cientistas e céticos buscam explicações em galáxias, fórmulas, teorias relativas, buracos negros. Na nanociência há um mundo submerso das coisas muito pequenas, das moléculas, dos átomos das partículas. Daquilo que o homem não consegue enxergar sem instrumentos ópticos sofisticados. Com a nanociência o homem começa construir o novo mundo dos objetos subatômicos.











Capítulo 1

Uma visão simplificada

O vocábulo nano deriva do grego e quer dizer anão. Na metrologia nanometro é o metro dividido por um bilhão de vezes. Para construirmos uma idéia sobre o tamanho do universo nano, podemos pegar uma fita métrica e tentar dividir um metro por um bilhão de vezes. É claro que não conseguiremos resolver o problema. Um nanometro equivale a um fio de cabelo dividido em 80 mil pedaços (1/80.000). Uma folha de papel ofício em espessura é 100 mil vezes menor do que um nanometro. Um nanometro corresponde a dez átomos de hidrogênio. É a espessura de uma gota da água espalhada sobre um metro quadrado.
O microchip do processador de um computador tem aproximadamente 100 nanometros. Na nanociência ou na nanotecnologia muitas coisas ainda são experimentais e teóricas. Sob a ótica da Fundação de Nanotecnolgia do Texas o termo está relacionado com a ciência de coisas muito pequenas e as tecnologias nesta escala somente ocorre na prática quando se torna possível estruturar um objeto abaixo dos 100 nanometros com controle específico sobre atributos físicos e químicos das estruturas.
Essas por sua vez irão combinadamente gerar milhares de estruturas maiores até chegarem a tamanhos compatíveis com a visão do olho humano. De qualquer forma, lá escondidos somente visíveis pelas lentes e feixes de elétrons de potentes microscópios (ver capítulo sobre microscopia eletrônica) estarão as nanopartículas ou nanomoléculas. Essa definição é atribuída a Mihial Roço, integrante sênior da Conselho Nacional de Nanotecnologia dos Estados Unidos. No entanto é apenas uma visão. Existem outras.
– Tudo aquilo que estiver abaixo do metro dividido por um bilhão de vezes possui dimensões nano e é nanociência, polemiza o chefe do departamento de microscopia eletrônica da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Luiz Fernando Dick. Ele complementa que as bactérias, com 3 micra ficam visíveis com boa resolução num simples microscópio óptico, mas os vírus com 600 nanometros necessitam da microscopia eletrônica para serem corretamente analisados.


Capítulo 2

Os primórdios

A curiosidade sob o universo microscópico é milenar. Segundo Cylon da Silva, físico, ex-diretor do Laboratório Nacional de Luz (Sincroton) e idealizador da Rede Nacional de Referência em Nanotecnologia, há mais de 2 mil e 500 anos, alguns filósofos gregos indagavam se a imensa variedade do universo que nos cerca não poderia ser reduzida a componentes mais simples e bem menores.
A própria palavra átomo vem daquele tempo e significa “indivisível”. De acordo com eles (os antepassados gregos) a última fração da matéria, o chamado “tijolo fundamental” de tudo o que existia, não poderia ser dividida em outras partes mais simples. Podemos fazer uma comparação elementar, apenas para fins didáticos, raciocina Cylon. E continua, ao propor uma analogia entre matéria intangível pelo olho humano com uma grande variedade de pães, bolos, biscoitos, tortas, produzidos a partir de um pequeno número de ingredientes: farinha, fermento, manteiga, óleo, açúcar, chocolate, entre outras substâncias.
– Muitas vezes, os ingredientes de pães diferentes são os mesmos. Mudam apenas suas quantidades relativas e a forma de preparação.
Da mesma maneira, quando olhamos o mundo em nossa volta, enxergamos uma variedade incrível de seres vivos, objetos inanimados, de um grão de areia à galáxia, de um vírus a uma baleia. Quantos tipos de “ingredientes” diferentes são necessários para produzir esse mundo? Eis a provocação, fruto da própria apreensão do cientista ao lembrar que desde Sócrates e Platão, adquirimos uma quantidade incontável de informações novas acerca do universo em que vivemos como o fato de que a menor parte de qualquer matéria são os átomos. Aquilo que nossos ancestrais denominaram “tijolo fundamental”, assinala.
– Aprendemos que, ao contrário do que diz o seu nome, eles [os átomos] são de fato divisíveis. Os átomos formados por um núcleo carregado de partículas subatômicas com energia positiva, os prótons. Por onde circula sua massa de carga negativa, os elétrons.
Para o físico, a certeza científica de que toda a matéria é formada por átomos é muito recente. Ele lembra que há apenas cem anos, os cientistas obtiveram as primeiras evidências concretas sobre a veracidade da velha hipótese atômica, formulada há dois milênios e meio, como uma realidade incontestável da natureza.
Cylon pondera que apenas noventa e dois tipos de átomos diferentes ocorrem na natureza, os quais podem ser classificados de acordo com o número de prótons contidos em seus núcleos.
– Estamos cientes que esses átomos podem não ser o fim da História, pois no universo podem existir partículas ou alguma forma de energia ora desconhecidas e que poderão ser descobertas, ou pode ser que nossas teorias sobre o universo precisem algum dia ser revisadas, se esses novos “ingredientes”, não forem encontrados.

Capítulo 3

O homem começa a medir a distância e o tempo

O historiador Daniel Boorstin realizou feitos fantásticos em sua polêmica produção intelectual, rica em erudição e qualidade de informações. Como diretor da Biblioteca do Congresso, em Washington, ficou notabilizado por abrir as portas da instituição ao público em geral. Entre sua vasta obra, consta The Discovers, editada no Brasil pela Nova Fronteira sob o título de “Os Descobridores”. .

– O meu herói é o homem, o descobridor. O mundo que vemos agora do Ocidente instruído...

São 650 páginas a dissecar a História da Humanidade a partir das descobertas e inventos. Boorstin detalhou instrumentos de marcação do tempo, calhas que pingavam água, sistemas de velas, os quais definiam o passar das horas de acordo com o número de gotas de cera depositadas em um recipiente de medição. Depois veio a ampulheta, uma parafernália de engenhocas até o aparecimento do relógio capaz de demarcar com precisão as 24 horas divididas em duas fases de 12 horas. Com o astrolábio o homem aprendeu a ir de um lugar para outro e retornar para mesma coordenada de origem, e pôde navegar nos mares, onde um novo mundo lhe aguardava no século XV.

Em 1623 surgiu o telescópio em estado primitivo. Nada mais do que um conjunto de lentes de óculos colocadas em seqüência dentro de um objeto cilíndrico. O homem sempre procurou enxergar primeiro os objetos mais distantes.

– Temos certeza: o primeiro inventor do telescópio foi um simples fabricante de óculos, que manejando ao acaso diferentes formas de vidro, olhou, também por acaso, através de dois deles, um convexo e outro côncavo, colocados a distâncias diferentes do olho; viu e observou resultado inesperado, ensina Boorstin.
Conforme o historiador diversas descobertas semelhantes e contemporâneas à época pipocavam na Europa Cristã. Ali por 1600, na oficina do fabricante de óculos dinamarquês Hans Lyppershey, em Mildeburgo, duas crianças brincavam nas dependências da oficina. Juntaram duas lentes e ao apontarem os objetos no sentido de um catavento perceberam que esse havia adquirido dimensões muito acima da real. Taí um telescópio que literalmente nasceu de uma brincadeira de criança.
O astrônomo Galileu Galilei narrou em 1614, que havia vislumbrado uma mosca com tamanho de cordeiro com seu telescópio. Certamente aproximou o cilindro junto ao inseto em posição invertida até obter uma imagem macro como ocorre com algumas objetivas de máquinas fotográficas avançadas.
Segundo Boorstin, o microscópio foi desenvolvido primitivamente na mesma levada do telescópio. Mas enquanto Galileu e Copérnico ganharam fama ao longo da História e se tornaram heróis populares, Hooke e Leechoek, precursores do aparelho que permitiu ao olho humano desvendar os mistérios dos vírus, bactérias e estruturas atômicas, foram reduzidos ao patamar das ciências especializadas.
– Ignoramos quem inventou a primeira versão do microscópio. O principal candidato é Zacharias Hansen, um obscuro fabricante de óculos de Middelburgo. Sabemos que o microscópio, como o óculos e o telescópio, já era utilizado muito antes de os princípios da óptica serem compreendidos, e que sua descoberta foi tão acidental quanto a do telescópio.

No entanto em 1665, Robert Hooke (1635-1703) publicou Micrographia, na opinião de Boorstin, uma fascinante miscelânea em que expunha uma teoria bem pessoal a relacionar luz e cor, reflexões sobre combustão, respiração, juntamente com a descrição detalhada do microscópio e de seu uso.
– O que o Siderus Nuncius de Galileu fizera pelo telescópio, a Micrographia de Hooke formou opinião em favor do microscópio, defende Boorstin. Para o historiador, os estudos despertaram a Europa culta “para o maravilhoso mundo interior”.
A Micrographia está registrada em 57 ilustrações alucinantes desenhadas pelo autor. Revela pela primeira vez o formato do olho da mosca, os efeitos do ferrão da abelha, a anatomia de uma pulga e de um piolho, a estrutura de uma pena, a morfologia planiforme dos bolores. Quando descobriu a estrutura alveolar do favo de mel e da cortiça Hooke levantou pela primeira vez a possibilidade da existência das células nos seres vivos. Até o século XIX, o material foi a referência bibliográfica e científica para a biologia e a bioquímica.
– Surpreendentemente semelhante ao que era visto em nossos dias em grande escala, o microscópio desbravou os continentes negros nunca antes penetrados e em muitos aspectos fáceis de explorar. As grandes aventuras marítimas haviam exigido capital vultoso. Mas um homem sozinho com um microscópio, em qualquer lado, podia aventurar-se pela primeira vez onde não existiam nem pilotos hábeis, muito menos navegadores experimentados, descreve Boorstin.
A descoberta da microscopia foi um grande passo da humanidade rumo ao mundo interior dos corpos abaixo de um mícron. A partir daí tornou-se factível identificar vírus, bactérias, fungos, confirmar a existência das células e classificar tecidos, radiografar as entranhas dos seres. É sem questionamento, a microscopia um salto da humanidade para a evolução das biociências, da química, da bioquímica, do progresso da medicina, da física, da eletrônica, entre outros campos do saber.
















Capítulo 3 – parte 2 - 1931 – Um salto tecnológico

As primeiras tentativas de obtenção das moléculas nano ocorreram de 1904 a 1914, nos laboratórios coordenados pelo cientista Paul Erlich, sob o conceito “da bala mágica do organismo”. Mas a nanotecnologia contemporânea só se tornou possível a partir de 1931, ano em que o cientista alemão Ernst Ruska e seu parceiro de pesquisas Max Knoll anunciaram um aparelho revolucionário. Tratava-se justamente do Microscópio Eletrônico de Transmissão. O aparelho usa feixes de elétrons os quais atravessam a molécula e permitem enxergar sua estrutura interna. Com o surgimento da novidade a teoria atômica pôde ser vislumbrada na prática.
– O MET permite enxergar as chamadas estruturas subnanométricas, abaixo de 1 nanometro”, ensina o diretor do Centro de Microscopia Eletrônica da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Luís Fernando Dick.
Nos anos 50 surgiu outro modelo: o microscópio eletrônico de varredura. Faz a imagem ponto a ponto, com resolução em partículas maiores de 3,5 nanometros. Embora seja menos sensível do que o microscópio eletrônico de transmissão, o varredura é mais simples de operar. Em nanotecnologia, como esclarece Luís Fernando Dick, tudo que for possível resolver em varredura – a gente resolve.

Explica Dick que a preparação do material, neste caso não leva mais de cinco minutos. Muito mais sofisticado, o microscópio eletrônico de transmissão pode exigir mais de um dia de operação somente para preparar uma amostra. Os outros aparelhos auxiliares da nanotecnologia são o microscópio por força atômica (MFA) e o STM, (Scanning Force Microscope), ou Microscópio por Força de Tunelamento.

O princípio fundamental dos dois aparelhos é semelhante. Possuem uma haste que percorre a superfície da molécula sem tocá-la para fazer o levantamento topográfico da mesma. Embora permitam a visualização dos objetos em escala nano os dois equipamentos são mais limitados, pois reproduzem apenas imagens de superfície, não permitindo a análise química. A diferença do microscópio de força atômica para o de tunelamento é que o primeiro percorre o objeto emitindo elétrons e se aproximando do objeto até que ocorra a repulsão da haste pelo choque de cargas atômicas. Pode ser usado para detectar qualquer tipo de material, polímeros, semicondutores, estrutura de vírus, material geológico.
Já o STM percorre a molécula em distância fixa. Além disso, o MFA permite a análise de qualquer tipo de molécula enquanto mo STM só pode ser operado para a análise de condutores, ou seja serve apenas à análise de metais. Portanto é mais limitado. Como define Luís Fernando Dick o microscópio por força atômica também serve à nanotecnologia como equipamento auxiliar em que é possível usar seus recursos para comparar algumas informações, mas não se trata de microscópio eletrônico porque os feixes de elétrons não são os fatores responsáveis pela geração da imagem. Atuam apenas como reguladores da distância da agulha. Essa sim é quem capta as micropartículas.
A vantagem está no baixo custo da operação e do próprio aparelho, bem inferior com relação aos verdadeiros microscópios eletrônicos. Dick conta com um microscópio de força atômica em outro departamento coordenado por ele, o Eletrocorr (Laboratório de Processos Eletroquímicos e Corrosão da Universidade Federal do Rio Grande do Sul). Ele reforça que a microscopia eletrônica tem papel fundamental no desenvolvimento de produtos e processos em setores tão expressivos com os da indústria metal-mecânica, eletrônica, cerâmica, petroquímica, alimentação, e também na área biomédica.







Capítulo 4 Estágio atual das pesquisas – parte I

No atual momento da nanotecnologia as pesquisas mais avançadas acontecem em centros de excelência em produção científica. Há uma sinergia entre governos e a iniciativa privada, na medida em que o progresso das descobertas ganha contornos para a produção em caráter industrial. Uma das instituições de vanguarda em nanociência é a Agência Aeroespacial dos Estados Unidos (Nasa). Desde 1996, a agência informa em seu site http://www.nasa.gov/help/about/index.html que o trabalho de pesquisa abrange diversos experimentos, os quais incluem a área computacional, na busca de componentes nanoeletrônicos ópticos, sempre na tentativa de promover a industrialização de suprimentos em benefício da corrida espacial, mas que podem beneficiar outras áreas da ciência.
Com isso, a agência aeroespacial anuncia ter conseguido obter um ambiente altamente integrado com “ótimos padrões de inteligência” para a simulação de nanobjetos e que resultam no desenvolvimento de dispositivos que serão empregados combinadamente com o surgimento de novos materiais, processados a partir de protótipos altamente confiáveis. Uma das prioridades em matéria de desenvolvimento tem sido os nanotubos e nanofios de carbono (CNT) para dispositivos eletrônicos como sensores de fluxos para projetos térmicos dos sistemas de proteção de componentes mecânicos para os sistemas de armazenamento de hidrogênio, o combustível dos foguetes.
Tanto os nanotubos como os nanofios são obtidos de materiais inorgânicos como o nitrato de carbono. A pesquisa em nanotecnologia da agência aeroespacial caminha ainda na trilha do deslocamento de polímeros, armazenamentos químicos, obtenção de nanoporos, desenvolvimento de sistemas eletrônicos em porção atômica, simuladores multidimensionais para projeção de cálculos dedicados à obtenção de semicondutores, interconexões de sistema ópticos, nanolaser, sistemas ópticos para leitura de dados armazenados, sistemas computacionais. Mas o principal foco das pesquisas é o Q-bit ou bit quântico.
Trata-se de um bit no estado quântico localizado no mundo subatômico. Já foi decifrado, mas está fora de controle dos cientistas. No dia em que o homem domá-lo como a um cavalo, chegaremos a um computador com aproximadamente 200 q-bits, ou seja um supercomputador, capaz de realizar os cálculos de deslocamento de espaçonaves pelo espaço nas dimensões do palm top e com capacidade para processar em minutos dados que hoje levamos meses para definir. O bit quântico é uma espécie de objeto do desejo na International Business Machine. Atualmente, os centros de pesquisa da IBM espalhados pelo mundo perseguem a molécula perfeita na dimensão subatômica e que possa gerar o bit quântico.
Para isso, seus pesquisadores, em especial os físicos se debatem em cálculos, equações e teorias. A obstinação inclui o desenvolvimento de aparelhos microscópios para produzir imagem em nanometros. Foi dos laboratórios da IBM em Zúrique, Suíça, que saíram as duas mais recentes invenções em microscopia, o microscópio de força atômica e por tunelamento, como já nos referimos em capítulo anterior.
–Estamos nos tornando melhores em diversos materiais com propriedades inteiramente novas, analisa Thomas Theis, diretor de Ciências Físicas da IBM. Ele conta com uma forte aliada: a Fundação Nacional de Ciências dos Estados Unidos pretende levantar US$ 1 trilhão nos próximos anos para acelerar o progresso das nanopartículas. http://domino.watson.ibm.com/comm/pr.nsf/pages/bio.theis.html;

http://www.inovacao.unicamp.br/especial/nanotech/inte-thomas.html




Theis sonha em um dia ver as pessoas a caminharem nas ruas com seus supercomputadores instalados junto com seus relógios de pulso. Ele explica que a IBM quer ajudar a engenharia civil e mecânica na construção de edifícios e máquinas auto-sustentáveis, com aptidões muito interessantes como detectar suas falhas e realizar a manutenção sem a presença humana no processo.
No dia em que o q-bit se tornar uma realidade as nanoestruturas poderão ser acomodadas uma em cada átomo isoladamente, já que nos dias de hoje elas funcionam em cadeias interligadas. Na busca do bit quântico os pesquisadores da IBM atingem objetivos intermediários. Em março de 2006 eles anunciaram ter atingido a capacidade para produzirem chips com 29.9 nanometros de largura, menos de um terço das dimensões atuais. – As pessoas não achavam que seria possível, disse o porta-voz da IBM, Mike Ross.
Em Crolles, França, a Motorola e a Philips http://www.investinfrance.org/Portugal/ChoosingFrance/SevenReasons/?p=reason5&l=pt mantêm um centro de pesquisa e desenvolvimento. O alvo dos estudos desse consórcio entre um grupo norte-americano e um europeu é a fabricação de semicondutores entre um nanômetro e cem nanometros e que por isso são denominados produtos subnanométricos. Algumas demonstrações desses semicondutores já foram realizadas em escala-piloto. As tecnologias relacionadas permitem a fabricação de dispositivos micro-eletromecânicos tridimensionais com possibilidade de demonstração de suas aptidões funcionais.
A Philips anuncia que sua tecnologia para nanofios de silicone é inovadora e eficiente e que a reação eletroquímica em líquidos especiais resulta na formação dos poros. Os fios podem "ser colhidos" usando um processo ultra-sônico simples. Enquanto as tecnologias convencionais produzirem somente milhares de fios por produção, a técnica nova rende acima de 4 bilhões de fios em uma única etapa de 20 minutos. Outros materiais novos, baseados especialmente em polímeros funcionais, permitem a engenharia de nanoscala e exploram a interação específica entre moléculas dedicadas à criação nanoestruturas baseadas em cálculos quânticos para confinamento espacial.
Os projetos de pesquisa da Philips visam converter resultados científicos em aplicações industriais como placas para a eletrônica impressa utilizada na obtenção de circuitos integrados. É denominada Para isso, experimenta uma tecnologia comparável ao processo de carimbar e resulta em um selo que é uma replica de borracha de um molde como na litografia convencional. É depositado em monocamadas com moléculas automontadas orgânicas na carcaça.
A camada do polímero é usada subseqüentemente como uma máscara. Da mesma maneira é aplicada pela fotolitrografia e serve para revestir partes da carcaça. É também possível colocar diretamente em materiais funcionais e permite imprimir materiais com definições abaixo a 50 nanometros, com perspectivas de fabricação de baixo custo de circuitos integrados em polímero ou exposições (flexíveis) na superfície da placa. Os nanofios de silicone originam dispositivos microeletrônicos com menos de 30 nanometros e até um comprimento de 0,1 milímetros e poderiam dar forma à base de exposições da emissão do campo e de tipos novos de dispositivos.

Capítulo 4 – parte 2 - Biodiesel em caixa de fósforo

Na universidade do Estado do Oregon http://che.oregonstate.edu/research/jovanovic/ Estados Unidos, uma pesquisa levanta a possibilidade da produção em nanoescala do biodiesel em quantidades homeopáticas. Um grupo de cientistas anunciou recentemente a construção de um micro-reator portátil para beneficiar em especial as propriedades rurais que poderiam produzir combustível ecológico em pequenos volumes para abastecerem geradores de energia e máquinas agrícolas.
– O invento é tão importante quanto o mouse para o PC, comparou Goran Jovanovic, chefe da equipe responsável pelo desenvolvimento do micro-reator. O invento é descrito como um aparelho nas dimensões longitudinais e latitudinais de um cartão de crédito com espessura de caixa de fósforo e resulta de uma associação da Universidade do Oregon com o Instituto de Microtecnologias e Nanociência (ONAMI), dos Estados Unidos. Tecnologicamente, uma das vantagens seria a possibilidade de obtenção do biocombustível em apenas uma etapa de reação química. O processo mais difundido na produção de biodiesel é denominado transesterificação, onde um óleo de origem vegetal reage com álcool e depois é catalisado por uma formulação como por exemplo o hidróxido de sódio onde se formam duas substâncias o biodiesel propriamente dito e a glicerina, que por sua vez é separada para outro recipiente como forma de purificar o combustível.
No sistema desenvolvido à luz da nanociência tudo isso ocorre em apenas um processo. Embora o volume de biodiesel destilado em um reator micrométrico seja insignificante, os inventores da tecnologia garantem que a construção do sistema é simples e uma série de micro reatores empilhados uns em cima do outro poderia produzir biocombustível em escala doméstica ou para pequenos empreendimentos rurais como já observamos anteriormente.
Outra alternativa seria construir o reator nas dimensões de uma mala de viagem o que segundo Jovanovic, permitiria bombear biodiesel diariamente em volume suficiente para abastecer uma fazenda, uma vez que a velocidade de reação fica entre 10 e 100 vezes mais rápida do que a realizada nos reatores convencionais.
– Seria possível numa pequena propriedade produzir centenas de milhares de galões por ano, avalia Jovanovic. Na atual etapa da pesquisa, ele busca o aperfeiçoamento da destilaria de biodiesel de bolso e a possibilidade de usar uma fórmula química atóxica na catálise, para aumentar a eficiência ecológica do sistema. Até o momento, o micro reator de biodiesel demandou US$ 8 milhões em seu desenvolvimento. Jovanovic procura agora um empreendedor para industrializar seu invento.
– A noção que se tem da produção e da distribuição de combustível é que tudo deve ocorrer em grande escala em transportes por navios, tubovias ou caminhões, explica o cientista. E continua.
– Nós fomos educados sob o paradigma de que necessitamos de grandes centrais de energia, mas essa realidade irá mudar a partir do surgimento de unidades de produção local.

Capítulo 5

Nos quatro cantos do mundo

A nanotecnologia emana novidades pelos quatro cantos do planeta. Cientistas da universidade de Jilin, China, desenvolvem um método simples de baixo custo para a sintetização De fulerenos inorgânicos como nanomateriais para a produção de lubrificantes e nanoestruturas sólidas.
Segundo os estudos, esses materiais demonstraram maior eficácia do que os óleos lubrificantes convencionais em estado líquido. Quando forem produzidos comercialmente aumentarão a vida útil de máquinas e motores. Além de se constituírem em lubrificantes contínuos superiores, os If-ms2 como são denominados tecnicamente, apresentam futuro promissor nas indústrias de semicondutores, catalisadores, corpos eletroquímicos do armazenamento do hidrogênio, absorventes de choque, filmes fotossensíveis e microscopia de alta performance.
O professor Haibin Yang que, junto com o Doutor Shikai Liu, projeta um futuro comercial brilhante para as nanopartículas If-ms2 e If-ws2, se o processo se tornar economicamente viável. http://www.iop.org/EJ/abstract/0957-4484/17/5/058

– Nós encontramos uma rota simples para a síntese das nanopartículas If-ws2 pelos por meio de uma reação que envolve o trióxido de tungstênio em pó com enxofre em atmosfera do hidrogênio em uma temperatura entre 500-650°C. A grande vantagem é a eventualidade de o processo em escala ser realizado a custo baixo. Estas características são indispensáveis para as aplicações industriais futuras. As três partes principais do processo relativamente são a síntese das nanopartículas de trióxido de tungstênio, preparação dos pós do composto e síntese de If-ws2 dentro da atmosfera do hidrogênio.
O método de purificação também é barato e envolve pouco tempo de reação na medida em que os métodos de produção sejam aperfeiçoados e fiquem mais eficientes. Cada cadeia fechada das nanopartículas de If-ws2 terá 50 nanometros.

Capítulo 6 – Produtos no mercado

Uma área explorada em estágio avançado com diversas patentes internacionais requeridas é a obtenção de nanocompósitos de alta performance a partir da interação molecular entre polímeros e cerâmicas. Por trás dessa pesquisa está o interesse em obter estruturas básicas como ligações químicas primárias com novas arquiteturas atômicas.
O objetivo é combinar a tenacidade, a baixa densidade e a resistência com a facilidade de processamento de vários polímeros. Essas pesquisas permitiram a produção de materiais com propriedades especiais não existentes nos materiais de origem. Tais compósitos vêm sendo utilizados em dispositivos avançados nas indústrias automotiva e aeroespacial.
Daí surgiu o conceito de nanocompósitos com uma série de peculiaridades que os diferenciam de outros compósitos. Apresentam assim, as seguintes vantagens: reforço de matrizes poliméricas superior à de agentes de reforço tradicionais, baixas concentrações de material inorgânico, interface difusa entre fase orgânica e inorgânica (grande interação entre componentes). Podem ser usados na obtenção de revestimentos e fibras.
Atualmente, os nanocompósitos baseados na inserção combinados com materiais argilosos, em matrizes poliméricas proporcionam a produção de materiais com elevadas propriedades mecânicas, de barreira (reduzida difusão de espécies gasosas, por exemplo), elevadas propriedades térmicas e baixo custo, entre outras.

Capítulo 7 – Nanomedicina
Na medicina, em 1980 apareceram as nanopartículas com carreadores de forma lipofílicas e as nanocápsulas com paredes poliméricas e núcleo oleoso. Essas nanopartículas poliméricas foram estruturadas em cianoacrilato de alquila. O método de obtenção foi o de polimerização in situ por emulsão interfacial. Eram obtidas em formato esférico ou capsular com uma parede de polímero biodegradável e um núcleo com um óleo, usando um surfactante. Igualmente, como ocorre no sistema atual, foram utilizados solventes orgânicos, posteriormente retirados do processo a vácuo. Desse processo, derivaram várias fórmulas já no mercado, entre as quais destaca-se o ambisome, com pelo menos 20 anos de industrialização, empregado com sucesso no tratamento da leishmaniose, conforme relatório publicado na revista da Sociedade Brasileira de Medicina Tropical (edição de abril de 1997).
Também na medicina foram anunciados progressos no começo de 2006. A Aliança para nanotecnologia do câncer, organismo vinculado ao Instituto Nacional do Câncer dos Estados Unidos, divulgou em fevereiro a descoberta de uma nova estrutura nanomolecular como forma de melhorar o diagnóstico por imagens de certos tipos de cânceres. Os pesquisadores asseguram que seus estudos têm futuro importante na formação de novas habilidades para aprimorar a resolução em tomografia computadorizada principalmente dos tumores em estágio avançado, mas de dimensões muito pequenas, cuja visualização dentro dos recursos atuais ainda deixam a desejar, prejudicando a estratégia de combate à enfermidade.
A equipe chefiada pelo médico pós-doutorado Ralph Weissleder, no Hospital Geral de Massachussets, em associação com a Escola de Medicina de Harvard, conseguiu construir em escala atômica um sistema de nanocristais de sulfeto de bismuto com superfície lisa e formato retangular. Como o bismuto é tóxico, os cientistas encontraram uma maneira de neutralizar seu contato com organismo. Revestiram o metal com PVP (polivinil de pilorridona), com um tipo de iodo, empregado como antisséptico que submetido a um processo químico, denominado polimerização (que confere à formulação características físicas de um plástico), isola o bismuto do organismo enfermo, sem que este perca sua propriedade alto contrastante, mas ao mesmo tempo protegendo o organismo de sua toxidade.
http://www.massgeneral.org/cancer/research/basic/affiliated/radiology/weissleder.asp

O intento torna crível colocar uma nanopartícula exatamente em cima do ponto de tumor de tal forma a obter uma imagem exata da anomalia. Como o alto contraste é manipulado atomicamente com o uso de microscopia eletrônica é possível escolher inclusive as melhores partículas que chegarão ao tumor. Mais ainda, o tumor pode ser submetido a uma varredura ponto a ponto, sendo rastreado em toda a sua superfície, como forma de indicar a ocorrência ou não de metástase e se essa ocorrer, em que velocidade. Nos testes com cobaias, o sulfeto de bismuto permaneceu encapsulado dentro do revestimento de polirridona em tempo suficiente para que as imagens fossem obtidas, mesmo em dosagens muito baixas.
Ainda no âmbito do Instituto Nacional do Câncer, dos Estados Unidos, outra linha da de pesquisa, de 2005, em convênio com o Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) e do instituto de Whitehead para a pesquisa biomédica, projetaram um sistema de nanocélulas como forma de empregar duas estratégias distintas para atacar o câncer. A idéia é produzir uma nanoestrutura para destruir os estoques de sangue do tumor e uma droga quimioterápica capaz de agir contra es estrutura do próprio câncer.
As nanocélulas foram criadas a partir de um invólucro de co-polímero com a combinação em nanopartículas de drogas com estruturas entre 180-200 nanometros no diâmetro.
– Nós trouxemos junto três elementos da biologia, da farmacologia e a engenharia contra o câncer, disseram integrantes do Sasisekharan group do MIT, uma equipe dedicada a descobrir novas estruturas moleculares usando glicosaminas, glicolipídios entre outras substâncias.
Os pesquisadores projetaram suas nanocélulas para cortar fora a irrigação de sangue do tumor e ao mesmo tempo fixar o agente do quimioterápico dentro do tecido doente. As nanocélulas penetram nas estruturas do tumor que tem poros maiores (400 - 600 nanometro de diâmetro). A ruptura do invólucro que cerca a nanocélula libera então o agente do antiangionese, um conjunto de drogas o qual funciona como substância de combate ao câncer. O resultado é o colapso das reservas de sangue do tumor. Os testes das taxas de liberação da droga demonstraram que essa atingiu níveis significativos em 12 horas, enquanto o excesso de doxorubicin era liberado do organismo aproximadamente 15 dias após a aplicação.
As cobaias com carcinomas do pulmão tratadas pelo método sobreviveram em média 65 dias, 35 a mais do que as medicadas com as terapias convencionais.
– Este modelo permite-nos avaliar racionalmente e sistematicamente as melhores combinações de drogas e os mecanismos do carregamento, anunciaram os integrante do grupo Sasisekharan.
– Nós queremos construir este conceito, enfatizaram.





O trabalho do engenheiro-biomédico Warren Chan, da Universidade de Toronto, Canadá, consiste em descobrir a melhor forma de observar como um vírus contamina uma célula. É uma tarefa semelhante a realizada por biólogos que observam baleias: eles prendem um pequeno transmissor no animal e passam a seguí-la. Mas o problema é muito mais complexo quando se trata de vírus: não há transmissores tão pequenos. A solução encontrada foi pintar os vírus com uma tinta orgânica. No entanto, sempre que Chan conseguia colocar os marcadores sobre a superfície do vírus, ele perdia o sinal em apenas cinco segundos. A dificuldade o levou a pesquisar os pontos quânticos, partículas nanoscópicas de semicondutores, como uma alternativa aos corantes. http://www.moleculartorch.com/2006/01/warren-chan-recognized-along-with.html

– Pontos quânticos foram inicialmente criados para uso em circuitos eletrônicos. Mas o que nós vimos na literatura é que essas maravilhosas estruturas nunca haviam sido aplicadas à biologia, analisa Chan. Ele prossegue: – Quando colocados sob uma fonte de luz, os pontos quânticos brilham como sinais de neon. Mas o melhor é que o seu brilho dura até 48 horas depois que foi aplicada a luz. Isto é tempo mais do que suficiente para acompanhar um vírus ao longo de um processo biológico.A cor emitida pelos pontos quânticos pode ser alterada controlando-se o seu tamanho. Pontos pequenos emitem luz azul, verde ou amarela e pontos maiores brilham nas cores laranja, vermelha ou cinza.
Segundo Chan é possível adaptar as propriedades do material para qualquer aplicação que ele necessitar. O cientista está agora pesquisando se essas estruturas nanoscópicas podem ser utilizadas para "iluminar" doenças em animais, com futuras implicações para os seres humanos.
– Conectando um ponto quântico a uma molécula que se liga a um tipo específico de câncer, por exemplo, com o tempo os pontos irão se acumular no tumor. Quando se acumularem, você poderá ver o animal brilhar naquela região particular. Chan encontra ainda algumas limitações de processo como, por exemplo, a dificuldade para introduzir a luz profundamente no organismo, o que tornaria o método viável apenas para doenças de pele ou muito superficiais. Os pontos quânticos também têm uma natureza "oleosa", o que dificulta sua interação com os organismos vivos. Ele estima que os pontos quânticos poderão iluminar doenças humanas dentro de cinco a dez anos. http://www.moleculartorch.com/2006/01/warren-chan-recognized-along-with.html


Capítulo 8 – Experiência brasileira

No Brasil, com recursos muito menores, ocorrem pesquisas importantes no campo farmacológico. A doutora em Farmácia da Universidade Federal do Rio Grande do Sul e integrante da Rede Nacional de Nanotecnologia, Silvia Guterres, coordena um grupo de pesquisas voltado à busca de medicamentos capazes de tratar enfermidades do fígado. Silvia atua em estudos com a finalidade de desenvolver sistemas com viabilidade tecnológica e econômica para a produção de comprimidos a partir de hormônios e antiinflamatórios em nanocápsulas esféricas ou em emulsões.
A pesquisa sob coordenação de Guterres, começa pela caracterização, tamanho das partículas, análise morfológica (forma), medidas de pH em microscópio eletrônico de varredura e de transmissão. Os cientistas verificaram o potencial zeta, a quantificação e o comportamento do produto no organismo de ratos. – Todas as questões éticas foram levadas em consideração e aprovadas nas instâncias competentes da Universidade, faz questão de salientar, na justificativa do emprego de cobaias nesses experimentos.
O método utilizado é denominado precipitação de polímeros pré-formados. São plásticos obtidos normalmente no mercado, neste caso um poliéster, material semelhantes aos moletons, mas obtido de um monômero (molécula única) proveniente ácido lático do leite. A partir do desenvolvimento do critério analítico dessas pesquisas foram determinados os modelos para as nanopartículas e o diâmetro fundamental para saber se é um nanossistema. São consideradas nanopartículas aquelas abaixo de um mícron com suspensões coloidais para administração intravenosa, oral ou ocular.
– Posteriormente chegamos à produção-piloto das nanocápsulas, em que alcançamos a estabilidade das suspensões de nanopartículas poliméricas e finalmente chegamos à forma farmacêutica final em suspensão aquosa dos antiinflamatórios. A polimerização ocorre por meio de surfactantes e solventes orgânicos. Como se tratam de substâncias maléficas ao organismo, essas últimas são cem por cento removidas posteriormente num processo por evaporação a vácuo.
A partir da nanociência, a indústria farmacêutica busca construir vetores capazes de atingir exclusivamente o tecido enfermo e assim maximizar os efeitos benéficos dos medicamentos e na contrapartida retirar os efeitos indesejados, como no caso da quimioterapia, um dos tratamentos convencionais e mais antigos empregados contra as diversas formas de manifestação do câncer. Atualmente, os remédios atuam sobre os tumores, mas intoxicam as células saudáveis do organismo, o que provoca outras enfermidades e a diminuição do sistema imunológico.
– A nanotecnologia é uma área emergente de cruzamento disciplinar da química, física e da biologia para obter produtos na escala bilionésima do metro, assinala Silvia Guterres. No caso específico dos fármacos, existe ainda uma sinergia com química industrial e a medicina.
Com isso, os pesquisadores já conseguiram produzir nanofármacos em grãos e pó e colocá-los em cápsulas de dimensões normais, ainda em escala-piloto. Eles projetam o futuro de alguns tratamentos médicos à luz da nova ciência. O diclofenaco, mais conhecido comercialmente como Voltaren, poderá ser fabricado dentro dos princípios da nanociência como forma de evitar seu principal efeito colateral, a gastrite e as úlceras. No caso da melatonina, o hormônio causador do sono, a tentativa é obter nanomoléculas para gerar um remédio que resolva os distúrbios provocados no organismo humano pelas mudanças constantes de fuso horário. No tratamento da tuberculose já existem medicamentos que se beneficiam da pesquisa com nanofármacos, assim como os filtros solares utilizados para combater os malefícios ocasionados pelos raios ultravioleta emitidos pelas radiações do sol.

http://www.quimica.com.br/revista/qd431/atualidades3.htm


Capítulo 9 – Caça a talentos

Produzir nanociência exige sobretudo investimentos em recursos humanos de altos níveis de conhecimento. O crescimento o interesse pela área de pesquisas movimenta também uma Guerra de bastidores pela aquisição de cérebros capazes de dar formato consistente para o desenvolvimento da nova ciência. Em 26 de junho de 2003 o Conselho Nacional de Pesquisa Científica do Canadá e a Universidade de Alberta, com sedde naquele país, anunciaram a contratação de dois experts no assunto para dirigirem e liderarem as pesquisas naquele país. Jillian Buriak e Hicham Fenniri pilotavam as pesquisas na Universidade de Pardue, estado norte-americano de Indiana e foram recrutados para reforçar a equipe de nanocientistas canadenses.
– Nós temos a opção de combinar pesquisa com ensino de química a partir das aquisições desses dois importantes cientistas para o Canadá, assinalou à época Arthur Carty, presidente do Conselho Nacional de Pesquisa, vinculado a Instituto Nacional de Nanotecnologia do Canadá (NINT).
E prosseguiu: – Eu estou confiante de que eles nos conduzirão à liderança científica na condição de concorrente global, a partir da elaboração de um modelo canadense de nanotecnologia.

Buriak é canadense da gema. Nasceu em Toronto, mas antes de retornar ao país natal fez nome no cenário científico internacional. Tem pós-doutorado em química pelo Instituto Louis Pasteur, da França, com graduação em Harvard e trata-se de cientista conectada com o avanço da nanociência. Ela realizou pesquisas em âmbito de pós-graduação associado ao Conselho de Pesquisa de Ciência e Engenharia, dos Estados Unidos (Nserc) e com o Instituto Scripps, na Califórnia.
Desembarcou em Purdue no ano de 1997, onde se concentrou e se especializou na produção de reações químicas para a formação de superfícies de silicone. Sua produção científica é reconhecida oficialmente por algumas das principais instituições acadêmicas com projeção internacional. De volta ao país de origem, Buriak foi designada para ministrar aulas na área de engenharia de novos materiais em Alberta, onde conduzi uma equipe multidisciplinar de pesquisa nesta área.
Um dos objetivos é por meio de estruturas em nanoescala obter a modificação da superfície de novos condutores e uma nova geração de dispositivos ópticos-eletrônicos, junto com a obtenção de novas formas de moléculas.Fenniri assumiu o grupo de estudos supramoleculares em nanoescala e passou a ocupar uma cátedra no Departamento de Química de Alberta.
Com isso, a instituição terá acesso aos estudos de Fenniri denominado Química Combinatória, uma convergência de observações científicas da química orgânica com o conceito de cadeia supramolecular, em que as moléculas pequenas são projetadas de tal forma a criarem estruturas em escala nanométrica. Um dos objetos do pensamento de Fennri é o desenvolvimento da denominada eletrônica molecular.
Hicham Fenniri é um expert em bioquímica e química pela Louis Pasteur, bem como seu partner. Esteve em Scripps e foi para Pardue na mesma leva de Buriak, em 1997, onde fundou o laboratório de nanotecnologia química da instituição. Detém cargos estratégicos em diversas instituições entre as quais a Fundação Nacional de Ciências dos Estados Unidos. Seus estudos estão focados em estruturas químicas combinatórias em nanoescala.
– A contratação desses dois cientistas extraordinários é um exemplo perfeito do que pode ser realizado com a parceria do governo com as instituições universitárias. O acordo entre o Conselho Nacional de Pesquisa e a Universidade de Alberta nos deixará bem amparados para superar os desafios científicos e seus conseqüentes benefícios, comemorou na ocasião, o reitor de Alberta, Roderick Fraser. No mesmo ano em que anunciaram as contratações desses dois proeminentes cientistas, as autoridades canadenses revelaram a disposição de liberarem um aporte de US$ 900 milhões para sustentar financeiramente o novo estágio de desenvolvimento da nanociência para impulsionar o surgimento de uma comunidade científica em torno das instituições e dos chefes de pesquisas.
A Universidade de Alberta concentra hoje os principais esforços do Canadá para promover o nascimento, desenvolvimento e consolidação da nanotecnologia naquele país, com a finalidade de promover o surgimento de uma nova geração de empresas de alta tecnologia naquele país. No Campus da Instituição de Ensino, em Edmonton, está a sede do Instituto Nacional para a nanotecnologia, uma entidade integrada e multidisciplinar criada com a finalidade de realizar pesquisa avançada e promover a inovação e a sustentação de uma nova geração de empresas e iniciativas empreendedoras de alta tecnologia. Tem como propósito permitir às universidades a retenção de seus principais cientistas, assim como recrutar cérebros estratégicos em qualquer parte do mundo.
Ao final de 2005, a entidade oficializou que o Canadá tem duas mil vagas para nanopesquisadores nas áreas da medicina, física, biologia, química, farmácia e informática. A estrutura do Instituto conta com 15 mil metros quadrados de área para acomodar 120 profissionais em caráter permanente, 45 cientistas. Pretendia captar imediatamente 275 pessoas com graduação nas áreas de interesse para que recebam treinamento e possam atuar como auxiliares de pesquisa. Na raiz dos investimentos canadenses para fazer decolar a nanociência está crença de que dela nascerá uma nova geração de materiais com características revolucionárias para o progresso da humanidade.

Capítulo 9 Revista inglesa classifica vanguarda nano

Em janeiro de 2005 a revista britânica especializada em economia The Economist apontou um grupo de empresas criadas já com foco na nanotecnologia e citou vários exemplos de parcerias entre essas corporações, instituições oficiais de pesquisa para retirar a nanotecnologia dos laboratórios e torná-la viável no aspecto econômico de industrial. Vejamos os comentários de The Economist acerca dessas visionárias.

A Quantum Dot Corporation (QDC), estabelecida em 1998 na cidade de Hayward, Califórnia, possui licença exclusiva para as aplicações biológicas de patentes da Universidade da Califórnia (UC) e do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT). Seus produtos, comprados por laboratórios de instituições de pesquisa, de empresas farmacêuticas e de biotecnologia, são usados na detecção de biomoléculas.

Todos eles empregam pontos quânticos (quantum dots, em inglês), minúsculos cristais semicondutores que emitem luz brilhante em diversas cores. Os recursos da QDC vêm de financiamentos federais, parceiros corporativos e companhias de capital de risco, as quais já investiram mais de US$ 37,5 milhões. As pesquisas são feitas em conjunto com diversas instituições renomadas, além da UC em São Francisco e em Berkeley e o MIT.

A empresa de biotecnologia Genentech e as Universidades Carnegie Mellon, Cornell e Vanderbilt são alguns exemplos. A equipe que dirige a QDC é formada por oito pessoas, sendo cinco PhDs. No ano passado, a empresa apareceu na lista de 14 "cool companies" da revista Fortune. Em 2003, o trabalho com pontos quânticos para imagens biomédicas, desenvolvido em parceria com a Universidade Rockefeller, foi considerado o maior avanço da nanotecnologia naquele ano pelo Forbes/Wolfe Nanotech Report, relatório da revista Forbes sobre as empresas do setor. Konarka é o nome de um templo da cidade de Orissa, na Índia, dedicado ao deus hindu do Sol, Surya.
Por esse motivo, foi escolhido para batizar uma empresa nascida em Lowell, Massachusetts, em 2001. A Konarka desenvolve e fabrica plásticos leves e flexíveis, capazes de converter luz solar e ambiente em eletricidade — uma fonte de energia renovável e de baixo custo, de acordo com o site da empresa. O material pode ser fixado em telhados, tendas e janelas, pode carregar a bateria de telefones celulares e permitir o uso de laptops sem a necessidade de ligá-los em uma tomada. Há também uma série de aplicações militares, como o abrigo portátil que gera energia elétrica, já em desenvolvimento.
O segredo está em injetar um corante dentro do dióxido de titânio, um pigmento branco usado em tintas e pastas de dente. Aplicado em um material flexível, é esse corante que absorve a energia do Sol e da luz interna. Essa energia "viaja através do dióxido de titânio e de uma série de eletrodos e é convertida em energia elétrica", explica o site.
A empresa assinou contratos de pesquisa com o Exército, a Agência de Projetos de Pesquisa Avançada de Defesa (DARPA) e o Escritório de Pesquisa Naval (ONR) norte americanos. A Fundação Nacional de Ciência (NSF) e a Comissão de Energia da Califórnia (CEC) são outros contratantes.
Quatro empresas são parceiras da Konarka: ChevronTexaco, Eastman, Electricité de France e Siemens. As três primeiras também fazem parte da extensa lista de investidores. Na sede da Konarka, em Lowell, funcionam as atividades de administração, pesquisa e desenvolvimento e fabricação — a linha de produção inicial foi construída no ano passado.
A companhia também mantém instalações de P&D na Áustria, Suíça e Alemanha. Dois dos cinco membros de sua junta de diretores já receberam um Prêmio Nobel: Arno Penzias, o de Física, em 1978, e Alan Heeger, o de Química, em 2000. Dos 16 consultores científicos, 14 são PhDs.



A Nantero, com sede em Woburn, Massachusetts, utiliza nanotubos de carbono no desenvolvimento de dispositivos semicondutores. Seu principal produto é a memória não-volátil NRAM. "O objetivo da companhia é distribuir um produto que substituirá todas as formas existentes de memória", diz a página da Nantero na Internet. Lá também consta a informação de os mercados na mira da empresa — computadores, aparelhos para tocar MP3 etc — faturam, juntos, mais de US$ 100 bilhões por ano.
A empresa foi fundada por três pessoas, duas delas com PhD em Harvard. Entre os doutores está Thomas Rueckes, diretor científico e criador do projeto da NRAM. A companhia registrou mais de 40 pedidos de patentes, dos quais mais de dez já foram aprovados. Os financiamentos recebidos até agora, vindos de fundos de investimento e empresas de capital de risco, superam os US$ 16 milhões. Os parceiros são a ASML, fornecedora de sistemas de litografia para a indústria de semicondutores; a LSI Logic Corporation, fabricante de semicondutores; e a BAE Systems, que atua nos segmentos aeroespacial e de defesa.
A ZettaCore está baseada em Denver, capital do Colorado. Foi criada em 1999 por cientistas da UC em Riverside e da Universidade do Estado da Carolina do Norte, em conjunto com executivos que já haviam passado por empresas de computadores, tecnologia da informação (TI) e biotecnologia. A Universidade de Stanford figura entre seus financiadores. A equipe de P&D é formada por cinco doutores, mas a companhia também conta com os serviços de pesquisadores externos. O grupo administrativo tem seis pessoas, duas com doutorado.
O foco da ZettaCore são as memórias moleculares, que podem ser usadas em aparelhos portáteis, como câmeras e celulares, computadores pessoais e servidores. Nesse tipo de memória, moléculas funcionam como elementos dos circuitos. A empresa utiliza moléculas com poucas centenas de átomos e que medem cerca de um nanômetro (um bilionésimo do metro). Do modo como são feitas, elas conseguem se reunir sozinhas em determinadas partes do circuito. Essa característica permite que a ZettaCore fabrique seus chips utilizando equipamentos e processos da indústria de semicondutores.
De acordo como o site da empresa, a memória molecular armazena mais dados em um espaço menor, é mais barata e consome menos energia. Além disso, as propriedades dos materiais não se alteram conforme diminui o tamanho dos elementos, como acontece nas memórias convencionais.
A start-up Molecular Imprints, Inc (MII) foi fundada em 2001 na capital do Texas, Austin. Ela fabrica sistemas de litografia baseados na tecnologia Step and Flash Imprint Lithography (S-FIL), desenvolvida na Universidade do Texas em Austin. Hoje, a fabricação de chips é feita através de litografia ótica. A tecnologia da MII, segundo seu site, é mais barata e menos complexa que a litografia ótica, permite a reprodução de estruturas da ordem de 20 nanômetros e, se cumpridas as promessas da empresa, representará um passo adiante na miniaturização de chips e outros dispositivos semicondutores.
A MII comercializa três tipos de sistemas, adequados a diferentes necessidades. O mais simples, por exemplo, chamado Imprio 50, é voltado para universidades e pequenos laboratórios que fazem pesquisa básica em nanotecnologia. A companhia texana emprega 90 pessoas e tem cinco doutores entre os dez membros de sua equipe administrativa. O presidente, Norman Schumaker, dirigiu o grupo de tecnologia e novos materiais dos Laboratórios Bell, da AT&T. A MII soma 97 registros e patentes aprovadas. Os parceiros, na academia, são as Universidades do Texas em Austin e de Wisconsin-Madison.







Capítulo 10 – Possíveis efeitos negativos ainda são desconhecidos
A nanotecnologia também é fonte de preocupação em termos de impacto ambiental. Em breve, prevêem os técnicos do Departamento do Reino Unido para Alimentos, Meio Ambiente e assuntos Agrícolas (Defra) estarão no mercado em economia de escala, uma variedade importante de embalagens em filmes plásticos com substâncias antibióticas de natureza microbiológica incorporadas.
Em relatório recente o Defra revela que combinadamente com a evolução da pesquisa aplicada da nanociência dentro da cadeia alimentar cresce a preocupação sobre o impacto das nanopartículas e dos seus riscos potenciais. Levantam ainda questionamentos éticos e legais.
Querem aprofundar experimentos sobre como as nanopartículas de movimentam externamente às bancadas de laboratórios, A Agência Central para o s Alimentos do Reino Unido (FSA) formou uma comissão de estudos para analisar as novas aplicações da nanotecnologia.
– A passagem das nanopartículas pelos organismos podem redundar em riscos. É necessário levar em conta o impacto delas sobre a natureza, seus efeitos nas fontes receptoras como o surgimento de microorganismos resistentes às nanopartículas antibióticas. Aponta um documento.

Outra entidade que manifestou posição sobre a utilização da nanociência aplicada à indústria alimentícia: a Real Sociedade de Engenharia, com base em hipóteses formuladas pelos engenheiros químicos, solicitou mais verbas para aprofundar os estudos com nanoparículas no campo da saúde pública. Um documento produzido pela Entidade cobra do governo mais empenho político e financeiro para acompanhar a evolução dessas novas tecnologias. Destaca a urgência para que as pesquisas direcionadas aos reflexos sobre a saúde pública sejam aprofundadas.
Controlar as pesquisas dentro dos laboratórios é uma outra sugestão. Os documentos produzidos na Grã Bretanha se combinam com reflexões produzidas no âmbito da União Européia (UE) e que chamou a atenção sobre a necessidade em curto prazo da elaboração de um programa de pesquisas paralelas como forma de estabelecer os parâmetros éticos, legais e sociais intrínsecos à nanociência aplicada à cadeia produtiva alimentar. Incorporado ao relatório o governo britânico anunciou a liberação de 5 milhões de libras para a pesquisa de impacto ambiental e sanitário causado pelas nanopartículas na cadeia alimentar.
Ao todo nos dois últimos anos foram 17 milhões de libras. Defendem a tese de que a nanotecnologia é um atratativo importante para a indústria de alimentos porque irá render uma série de soluções inovadoras com relação à penetração de substâncias indesejáveis. Por isso essa indústria é uma das que mais receberá atenção. É o que reafirma o documento produzido pela União Européia. Sugere inclusive esforços no sentido de encurtar o tempo das pesquisas necessárias ao desenvolvimento tanto das pesquisas aplicadas como as paralelas, essas últimas relacionadas com os possíveis reflexos da nanociência para o futuro da humanidade. Uma das linhas de estudos sugerida se relaciona com a absorção dos sistemas de nutrientes, melhoria de fatores relacionados com a aparência, como a cor, a consistência e o sabor.
O Defra britânico anunciou recentemente que a indústria alimentícia e de embalagens se concentra nessas pesquisas dentro da parâmetros da nanociência. Incluem estudos em favor do desenvolvimento de técnicas para melhorarem a segurança dos alimentos. Dentro de pouco tempo produtos com nanoestruturas incorporadas chegarão ao mercado como filmes para embalagens plásticas com propriedades antimicrobiais como forma de aumenta as barreiras térmicas dos alimentos às contaminações por microorganimso nocivos a saúde humana, animal e da cadeia agrícola.
Com isso, a própria vida útil dos alimentos terá um novo salto quantitativo com o passar dos anos. É possível vislumbrar num futuro mais ou menos próximo uma nova linha de tempo para o prazo de validade da cadeia alimentar por impedirem por maior tempo o surgimento de colônias de vírus, bactérias e fungos como forma de impedir a perda das propriedades biológicas e químicas dos alimentos. Outra linha de pesquisa trilha o caminho das nanoestruturas relacionadas com a composição de filmes para embalagens com a finalidade de impedir o contato de gases com os alimentos. O documento revela ainda que algumas embalagens com propriedades antibióticas já chegaram ao mercado.
Da mesma forma, nos Estados unidos o Instituto Nacional de Saúde e Segurança Ocupacional (Niosh) está atento aos possíveis efeitos da nanociência. Como se trata de ciência emergente não dispõe de estudos qualitativos relacionados com seus reflexos para a saúde e o ambiente.
De acordo com um documento produzido pelo Niosh substâncias normais quanto reduzidas a nanoescala poderão sofrer alterações quanto ao comportamento físico, químico e biológico. Com isso, surgem indagações sobre seus reflexos na saúde. A instituição adverte que as respostas que deverão preencher essas lacunas ainda estão distantes.
Neste momento, junto com o Niosh, outros organismos norte-americanos também levantam hipóteses e sugerem ações específicas. Estão empenhados em aprofundar o debate, o NNI (Instituto Nacional de Nanotecnologia) e um comitê específico formado no Conselho Nacional de Ciência e Tecnologia dos Estados Unidos. Na primeira etapa dos estudos de laboratório diz respeito às normas de higiene a serem adotadas pela nanoindústria. Nos próximos anos, dispositivos de regulamentação deverão surgir primeiramente nos países desenvolvidos, onde a tecnologia se desenvolve com maior velocidade, e num segundo momento nos países emergentes.
A justificativa é que a ciência dos objetos atômicos e subatômicos estará presente nos alimentos na forma de aditivos desenvolvidos para eliminar organismos patogênicos. A outra vertente da nanociência no universo gastronômico aponta o surgimento de substâncias inovadoras como nutrientes na própria composição dos alimentos, com capacidade de levar vitaminas, aminoácidos, proteínas e carboidratos diretamente às áreas dos organismos para as quais estão especificamente direcionadas.
Um dos possíveis problemas é a nanopoluição que é gerada por nanomateriais ou durante a confecção destes. Este tipo de poluição, formada por nanopartículas pode ser muito perigosa uma vez que pode flutuar facilmente pelo ar viajando por grandes distâncias. Devido ao seu pequeno tamanho, os nanopoluentes podem entrar dentro das células de animais e plantas. Como a maioria destes nanopoluentes não existe na natureza, as células, provavelmente não terão os meios apropriados de lidar com eles, causando danos ainda não conhecidos. Estes nanopoluentes poderiam se acumular na cadeia alimentar como os metais pesados e o DDT.
Mas o crescimento projetado é geométrico: para a União Européia a previsão é de US$ 150 bi em vendas dentro de seis anos. Há uma proposta das entidades de vanguarda da nova ciência em aumentar os recursos para US$ 1 trilhão por ano, embora o retorno sobre o investimento, devido aos custos altíssimos das pesquisas e a falta de uma projeção precisa sobre a capacidade de transformá-la em economia de escalas ainda seja imprevisível.




Capítulo 11 – Uma iniciativa pela popularização

É no Brasil e vem de São Paulo uma experiência lúdica e muito interessante que irá agir em favor da popularização e democratização da nenociência. Trata-se da Nanoaventura - um projeto único e inovador de divulgação científica organizado em Campinas, São Paulo. Tem o objetivo de despertar a curiosidade de crianças para o mundo invisível a olho nu. A Nanoaventura propiciará aos participantes uma experiência lúdica multimídia que abordará os constituintes fundamentais de todos os materiais: os átomos e as moléculas. Os responsáveis pelo trabalho são a Universidade Estadual de Campinas (Unicamp) e o Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS), do Ministério da Ciência e Tecnologia.
A aventura pelo mundo da nanociência utilizará mídias como jogos eletrônicos, cinema em três dimensões (3D), teatro, música e animação e acontecerá em uma estrutura de lona sustentada por aço, com nove metros de altura e 19 metros de diâmetro, montada no Parque Taquaral, em Campinas, São Paulo. A tenda poderá ser transportada para outras cidades e pelo País de forma itinerante.
As crianças terão acesso a resultados de pesquisas no campo da nanociência e poderão por meio de aparelhos e sistemas de virtualização medir e manipular átomos, criando até mesmo novos materiais a partir deles. Um dos recursos é combinar lições de anatomia a partir da escala do corpo humano, em que a gurizada será conduzida para o interior de outros níveis de medição, num processo que visa propiciar a compreensão dos diversos níveis de escalas adequados para medir a natureza como um todo.
O projeto inclui dentro de uma tenda: filmes, animações gráficas em 3D sobre Nanociência no Brasil, e se envolverá com quatro jogos criados especialmente para o projeto. Cada um deles, disputado por equipes de até 12 crianças, traz o desafio do aprendizado juntamente com o prazer da competição. Tudo isto, com uma trilha sonora especialmente criada neste projeto, e o acompanhamento de atores e monitores.Um dos jogos possibilitará um passeio virtual por laboratórios existentes no LNLS e na Unicamp, e a realização de uma experiência com o manuseio virtual de átomos.
Outro jogo colocará como desafio corrigir uma célula danificada à luz da nanotecnologia. Como é realizado em forma de disputa, vence a equipe que conseguir escolher o medicamento e aplicá-lo de tal forma a promover a cura do tecido enfermo. Para isso, os times terão à disposição um microscópio de força atômica para limpar a superfície.
– Cada jogo dura dez minutos. Para realizar as tarefas propostas em cada jogo, os participantes terão que interagir entre si de forma bastante cooperativa.O período total de permanência dos grupos de até 48 pessoas na tenda será de 1h20, aproximadamente.A Nanoaventura foi pensada para despertar questionamentos em vez de dar respostas prontas às crianças. O propósito é estimular o espírito crítico e ampliar a qualidade das dúvidas existentes sobre dimensões nanoscópicas. Evitamos a solução simplória de usar a ficção científica para aproximar as crianças da Nanociência e da Nanotecnologia. Quisemos, com os jogos e filmes mostrar como os cientistas fazem no mundo real, diz o coordenador da equipe responsável pela Nanoaventura, Marcelo Knobel, professor do Instituto de Física da Unicamp.
Ele explica que o projeto foi financiado pela linha de crédito de ensino público da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp) e pela Fundação Vitae, além de contar com recursos da Unicamp, LNLS e Instituto Sangari a um custo de R$ 2 milhões. A Nanoaventura é dirigida a crianças na faixa dos 9 aos 13 anos.






Capítulo 11 – Montador Molecular ou Nanomontador
Um montador molecular ou nanomontador (nanoassembler) é uma máquina nanotecnológica de tamanho bastante reduzido capaz de organizar átomos e moléculas de acordo com instruções dadas. Para fazer esta tarefa é necessário energia, suprimento de matéria-prima (building blocks) bem como a programação a ser executada pelo montador. Mas é um tema reduzido a às equações da física quântica e alguns experimentos embrionários.
Um montador molecular pode atuar de forma isolada ou em conjunto com vários outros montadores moleculares. Podendo, neste caso, ser capaz de construir objetos macroscópicos. Para isto é necessário um sistema de comunicação entre os montadores bem como um sistema de organização que permitam que eles trabalhem em conjunto.
Existe a possibilidade de se construir um montador universal. Este teria a capacidade de construir qualquer objeto possível, incluindo um outro montador. Assim este poderia se replicar de forma semelhante aos seres vivos. Uma vez construído o primeiro montador ele poderia se reproduzir várias vezes até o número necessário para executar uma determinada tarefa como, por exemplo, a construção de várias toneladas de um nanomaterial. Esta capacidade de reprodução é uma das grandes vantagens de um montador molecular e também é um dos seus grandes riscos.
Um montador poderia se reproduzir descontroladamente e ameaçar vidas humanas de forma semelhante a epidemias. Um risco poderia ser a colonização de toda a terra por montadores moleculares, extinguindo toda a vida na terra. Só restariam os próprios montadores em uma massa (provavelmente) cinza chamada de "greygoo". No entanto, essa é uma parte da nanociência que está na fronteira entre a pesquisa e a ficção. No MIT, os responsáveis pela teoria reconhecem que é uma tecnologia ainda longe de ser verificada na prática.



Conclusão – Os investimentos
Nos EUA, as pesquisas em nanotecnologia, de maneira geral, consumiram US$ 130 bilhões no biênio 1999/2001. Saltaram para US$ 200 bilhões nos dois anos seguintes. No Brasil, a ausência de uma política oficial bem definida resulta em cifras incomparavelmente modestas: R$ 3,2 milhões (2001/2002) e R$ 4,5 milhões (2003/2004).
Apesar disso, garante a pesquisadora Sílvia Guterres da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, a produção científica em nanotecnologia é consistente e objetiva. Mesmo assim, ela adverte: “Não tem como crescer sem as parcerias com a iniciativa privada”. Muito dinheiro para pesquisa e pouco faturamento.
Por enquanto o mercado mundial de nanotecnologia é de US$ 3 bilhões em volume de vendas. Desse total 65% são movimentados nos EUA, 20% na Europa e Japão 10%. A previsão é de que nos próximos anos os investimentos nos EUA saltem para US$ 1 trilhão por ano.