Nanobiotecnologia apliacada a saúde humana

Apresentação em tema: "Nanobiotecnologia apliacada a saúde humana"— Transcrição da apresentação:

1 Nanobiotecnologia apliacada a saúde humana
Dr. Luciano da Silva Pinto

2 Introdução –definições, termos e conceitos
"Nano" é um prefixo que vem do grego antigo e significa "anão” 1 nanômetro (nm) = 1 bilionésimo do metro, 10-9m Objetivo da Nanotecnologia: •Criar, caracterizar, produzir e aplicar estruturas, dispositivos e sistemas, controlando forma e tamanho na escala nanométrica. •Crescente capacidade da tecnologia moderna de ver e manipular átomos e moléculas.

3 NANO? 1 nm = 10-9 m

4 Nanotecnologia: do que se trata mesmo?
Existem várias “ nanotecnologias”. O que todas tem em comum é que envolvem o estudo e a manipulação da matéria em uma escala muito pequena, geralmente da ordem de 1 a 100 nanômetros (1 metro = a 1 bilhão de nanômetros).

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6 O que é NanoBioTecnologia?
“Nano” – Estruturas na escala nanométrica “Bio” – processos biológicos “Tecnologia” – Desenvolvimento e produção de novos materiais Biotechnology is a collection of technologies that capitalize on the attributes of cells and biological molecules, such as DNA and proteins. Biotechnology used to be defined as – ‘using microorganisms to make products useful to man’ and so would have included such things as e.g. breadmaking, beermaking etc. Now it has been revised to ‘the use of cellular and molecular processes to solve problems or to make useful products’ Throughout the syllabus there are opportunities to refer to various aspects of biotechnology (not specifically covered under contemporary issues and technology )e.g. immobilised enzymes page 18, industrial fermentation page 19, vaccination and immunisation page 39 NanoBioTecnologia :está relacionada à manipulação da matéria ao nível molecular, visando à criação de novos materiais, substâncias e produtos aplicada em processos biológicos.

7 Bionanotecnologia e Nanomedicina
• Aplicações atuais e futuras – Lab-on-a-chip Technologies – Self-assembly – Drug delivery – Novos medicamentos – Imagem – Tratamento do câncer – Implantes e próteses – Nanorôbos

8 Bionanotecnologia e Nanomedicina
Engenharia de tecidos - Neurochips • As máquinas nanométricas mais completas e funcionais que conhecemos são as máquinas moleculares que regulam e controlam os sistemas biológicos. Drug delivery Manipulação do DNA Resolução de imagem Motores moleculares

9 O que acontece quando se manipula a matéria nessa dimensão ?
Novos paradigmas: • Efeitos quânticos passam a ser explorados • Efeitos gravitacionais perdem importância • Propriedades óticas (resposta a estímulo luminoso) podem ser exploradas • Forças atômicas e moleculares (forças de Van der Waals) • Explora propriedades nanométricas para obter efeitos macroscópicos. Exemplo - Lagartixa

10 Aumento da área superficial = maior reatividade, maior penetração em células
Alguns materiais deixam de ser inertes em nanoescala Uses of Nanotechnology in Environmental Technology in Hessen -Innovation potentials for companies -

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12 Nanopartículas Semicondutoras
Espectros de emissão de NPs de CdSe – diferentes tamanhos Bruchez et al, Science, 1998, 281, 2013

13 Ferramentas Visualização e Caracterização Síntese

14 Ferramentas Visualização e Caracterização
• Microscópio de Força Atômica - AFM; • Microscópio de Tunelamento - STM; • Microscópio Eletrônico de Transmissão – TEM; • Microscópio Eletrônico de Varredura – SEM; • Espectroscopia de Infra-Vermelho; • Espectroscopia Raman; • Ressonância Magnética Nuclear.

15 Visualização e caracterização
Microscópio de tunelamento -STM

16 Microscópio de força atômica

17 Síntese • Chemical Vapor Deposition – CVD;
• Molecular Beam Epitaxy – MBE; • Litografia por feixe de elétrons; • Feixe de íons; • Síntese Hidrotérmica; • Auto-montagem molecular.

18 Síntese Deposição de vapor químico

19 Síntese Epitaxia por feixe molecular
A técnica de epitaxia por feixe molecular (MBE ) foi desenvolvido inicialmente para o crescimento cristalino de semicondutores. É um vácuo ultra- alto (P < 10-6 mbar) tecnologia baseada na evaporação seqüencial dos componentes elementares colocado em células de efusão de Knudsen . Uma das vantagens deste método baseia-se no controle do crescimento em tempo real, graças à utilização in situ da difração de elétrons de alta energia em incidência rasante (RHEED).

20 Síntese Feixe de íons Esta técnica utiliza um feixe de íons altamente concentrado (geralmente oxigênio ou íons de césio são usados para amostras inorgânicas ).

21 Síntese Síntese hidrotérmica inclui as várias técnicas de cristalização de substâncias de soluções aquosas quentes em alta pressão de vapor , também denominado método hidrotermal.

22 Histórico

23 Histórico Michael Faraday, 1857 – Estudo sistemático
sobre as diferentes cores do ouro coloidal (M. Faraday, Philos. Trans. Royal Soc. London (1857) 147, 145.)

24 Histórico 1959 Richard Feynman profere a famosa palestra "There's Plenty of Room at the Bottom", sobre as perspectivas da miniaturização: a enciclopédia Britânica poderia ser escrita na cabeça de um alfinete. Richard Feynman

25 Histórico • 1968 Alfred Y. Cho and John Arthur do Laboratórios Bell e seus colegas desenvolvem uma técnica que permite depositar camadas atômicas em uma superfície: a epitaxia molecular –“molecular beam epitaxy (MBE)” – uma das ‘técnicas usadas na litografia: precisão em microescala. • 1974 N. Taniguchi cria a palavra "nanotecnologia" significando máquinas com tolerância de menos de um mícron. “’Nano-technology' mainly consists of the processing of separation, consolidation, and deformation of materials by one atom or one molecule."

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27 Histórico

28 Histórico • 1986 K. Eric Drexler publica "Engines of Creation", um livro futurístico que populariza a nanotecnologia.

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33 Viagem Fantástica (Nanobots)

34 Nanobots a serviço da medicina
Limpadores de artérias Acelerador de neurônio Reparadores gênicos Reparadores celulares Limpadores de alvéolos pulmonares Limpadores de vírus

35 Arsenal de Nanoestruturas

36 Nanocomateriais Lipossomas Nanoemulsão
• É o equivalente da nanocápsula sem a parede polimérica ao seu redor. Também podem apresentar moléculas em sua superfície que alteram suas características físico-químicas e biológicas. • São vesículas esféricas compostas por bicamadas de fosfolipídios. Descobertos no início da década de 1960, Polímeros com alta afinidade por água podem ser incorporados à sua superfície, para aumentar sua estabilidade e seu tempo de permanência no organismo. Pode-se ainda ligar à sua superfície anticorpos, que atuariam como agentes de direcionamento dos lipossomas para sítios específicos do organismo.

37 Nanoestruturas Dendrímeros Nanopartículas poliméricas
“Dendron” = árvore (grego) “mero” = parte, unidade • Conhecidos como moléculas-cascata, são esferas formadas por um núcleo de polímero com ramificações. O número de ramificações define o tamanho do dendrímero. • Desenvolvidas na década de 1990, podem ser divididas em nanoesferas, compostas por uma rede de polímeros, e nanocápsulas, que são gotículas de óleo envoltas por um filme fino de polímero.

38 Nanoestruturas Ciclodextrina Micelas poliméricas
Previne decomposição e aumenta biodisponibilidade. Nitropen: comprimidos sublinguais de dilatador coronário (Nippon Kayaku) • De estrutura mais simples, são compostos por uma região interna hidrofóbica e por cadeias externas de polímero hidrofílicos.

39 Nanopartículas metálicas
Dispersões de nanopartículas de ouro e prata em diferentes tamanho e formas • São compostas por metais que têm propriedades diferentes daquelas observadas em nível macroscópico devido ao seu reduzido tamanho. As nanopartículas magnéticas podem ser direcionadas a um local específico do corpo por meio de um campo magnético externo. LIU, M., GUYOT-SIONNEST, P, J. Phys. Chem. B, v. 108, p. 5882, 2004.

40 Formas alotrópicas de carbono
(a) Diamante (b) Grafite (c) Lonsdaleite (d) fullerenos C60 (e) C540 (f) C70 (g) carbono amorfo (h) nanotubo de carbono.

41 Nanoestruturas- Materiais estratégicos
Fulerenos C60 C70 • Estruturas de diâmetro muito menor, são compostos por unidades de carbono, assim como a grafita, o carvão e o diamante, porém com arquitetura que lhes confere propriedades especiais, como maior resistência mecânica e alta capacidade de transportar calor e eletricidade.

42 Nanotubos de carbono • O que são ?
– Estrutura de carbono formada por uma ou múltiplas folhas de grafeno (folha de carbono), primeiramente observados em 1991 por Sumio Iijima. • Dimensões: – Diâmetro: poucos nanômetros; – Comprimento: micrometros a centímetros Introdução à Nanociência e Nanotecnologia XVI EVINCI - Prof. Aldo Zarbin - DQUI-UFPR

43 Nanotubos de carbono 1. Nanotubos de parede simples
(Single-walled nanotubes -SWNT) 2. Nanotubo de paredes múltiplas Multi-walled nanotubes (MWNT) • várias folhas concêntricas de grafeno • espaço entre as camadas (0.34 nm) ligeiramente maior que no grafite (0.335 nm) • uma única folha de grafeno Introdução à Nanociência e Nanotecnologia XVI EVINCI - Prof. Aldo Zarbin - DQUI-UFPR

44 Características dos nanotubos
5 vezes mais resistente que o aço. Flexíveis na região radial e muito resistente na região axial. Alguns são condutores elétricos e outros são semicondutores. Capacidade de armazenamento de Hidrogênio.

45 O método mais comum para o "crescimento " de nanotubos é chamado deposição de vapor químico ou CVD.
Este método é o mais prático para fabricação de nanotubos com um comprimento útil.

46 Cada ponto mede cerca 20 nanos de largura e 8 de altura.
Ponto Quântico • Poço de potencial energético capaz de confinar elétrons, • Quantização da energia nas 3 dimensões • Elétrons confinados têm níveis de energia discretos, semelhante ao átomo – Também chamado de “átomo artificial” • Dimensões dependem das condições de crescimento ( nm) • Aplicações – Detectores, diodos laser, etc – Computação Quântica – candidato promissor Micrografia de quantum dots em forma de pirâmide, de indio, galio e arsênio. Cada ponto mede cerca 20 nanos de largura e 8 de altura.

47 Novas propriedades óticas, elétricas e magnéticas
Quantum dots Novas propriedades óticas, elétricas e magnéticas 5.5 nm 4.8 nm 4.2 nm 2.3 nm