Nanobiotecnologia aplicada a saúde humana Dr. Luciano da Silva Pinto

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.

NANO? 1 nm = 10-9 m

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).

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 2.2.3 page 18, industrial fermentation 2.2.5 page 19, vaccination and immunisation 3.5.3 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.

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

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

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

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 -www.hessen-nanotech.de

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

Ferramentas Visualização e Caracterização Síntese

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.

Visualização e caracterização Microscópio de tunelamento -STM

Microscópio de força atômica

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

Síntese Deposição de vapor químico

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).

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

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

Histórico

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

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

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."

Histórico

Histórico

Histórico • 1986 K. Eric Drexler publica "Engines of Creation", um livro futurístico que populariza a nanotecnologia. http://www.foresight.org/EOC/index.html

Histórico

Histórico

Histórico

Histórico

Viagem Fantástica (Nanobots)

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