Nanobiotecnologia: princípios e aplicações Prof. Dr. Vinicius Campos Disciplina de Nanobiotecnologia Graduação em Biotecnologia - UFPel

Abordagens da aula... 1. Nanotecnologia 2. Divisão da nanotecnologia 3. Nanobiotecnologia 4. Funcionalização 4. Biossegurança

Nanotecnologia

Alimentos nanoestruturados SUPLEMENTOS ALIMENTARES nano/micropartículas para melhor absorção intestinal. CHOCOLATE em nanopartículas para melhor textura VITAMINAS EM SPRAY nanogotas para melhor absorção nasal.

Breve Histórico da Nanotecnologia 2500 anos atrás – Filósofos gregos já estudavam qual a unidade formadora dos materiais 1959 – Richard Faynman – sugeriu o arranjo de átomos de acordo com a necessidade – considerado o pai da nanotecnologia

Nanotecnologia A nanotecnologia é um conjunto de técnicas usadas para manipular a matéria na escala de átomos e moléculas – 1 a 100 nm Nano é uma medida e não uma tecnologia A chave para a nanotecnologia é que em nanoescala a propriedade dos materiais pode mudar drasticamente – efeitos quânticos

Abaixo de 100 nm as propriedades físicas e químicas mudam Nano X Macro Abaixo de 100 nm as propriedades físicas e químicas mudam Aumento da área superficial = maior reatividade. Ex.: maior penetração em células Novas propriedades óticas, elétricas e magnéticas

Nanotecnologia Carbono na forma de grafite (lápis) é macio e maleável; em nanoescala pode ser mais resistente que o aço e seis vezes mais leve Carbono Grafite Nanotubo de Carbono

Nanotecnologia O óxido de zinco é normalmente branco e opaco; em nanoescala ele se torna ele se torna transparente; ZnO Nanocristal de ZnO

Nanotecnologia O alumínio em nanoescala pode entrar em combustão espontânesa e pode ser utilizado como combustível para foguetes

Nanotecnologia Duas abordagens diferentes: Top-down : redução das dimensões dos dispositivos  miniaturização Abordagem “física” Bottom-up : montar estruturas a partir de moléculas  replicando a Natureza Abordagem “química”

Nanotecnologia Biotecnologia Biologia Engenharias Química Ciência dos materiais Informática Física Biotecnologia Medicina

Divisão da nanotecnologia

Nanotecnologia Pode ser dividida em três grandes áreas: Nanoeletrônica Nanomateriais Nanobiotecnologia

Nanoeletrônica Anos 20 a 70 - Válvulas

Nanoeletrônica Anos 80 – 2000 - Microchip

Nanoeletrônica 2015 - Nanochip

Nanomateriais Área da nanotecnologia que busca controlar a morfologia dos materiais em escala nano; Instrumentos de medição e manipulação Microscópio de força atômica

Imagens de DNA obtidas por Microscopia de Força Atômica 155 nm

Nanobiotecnologia

Quando aplicada às ciências da vida recebe o nome de Nanotecnologia Quando aplicada às ciências da vida recebe o nome de Nanobiotecnologia Formas variadas aplicadas a Industria Farmacêutica e Médica Emulsões múltiplas e inversas, Micro e nanogéis, Nanopartículas poliméricas biodegradáveis, Nanopartículas lipídicas sólidas, Lipossomas, Quantum dots, etc.

Nanobiotecnologia Nanotubos Nanopartículas Nanopolímeros Quantum dots/pontos quânticos

Nanotubos Nanotubos de carbono Nanotubos de haloisita – naturalmente formados

Aplicações dos Nanotubos Transfecção de ácidos nucléicos DNA RNA RNAi Entrega de fármacos/Drug delivery Nanoantibióticos Nanovacinas Nanoanticorpos

Nano-Sperm-mediated gene transfer

Nanopartículas Nanocápsulas Nanopartículas magnéticas Nanopartículas poliméricas Lipossomos

Metálicas/Magnéticas Lipossoma Nanopartículas Lipídicas Sólidas Nanopartículas Poliméricas Nanopartículas Metálicas/Magnéticas Nanoemulsões

Aplicações das Nanopartículas Entrega de ácidos nucléicos Drug delivery Nanoencapsulamento de fármacos Liberação controlada de fármacos Diagnóstico de donças Nanocosméticos

Nanocosméticos e nanopartículas

Nanocosméticos e nanopartículas Uso de Nanocosméticos Partículas metálicas para aumento de brilho em maquiagens; Nanoemulsões para cabelos mais hidratantes; Proteção de ativos contra a degradação, (encapsulamento da vitamina C); Liberação em camadas mais profundas da pele de ativos anti-rugas; Melhoria da textura do creme e formação de um filme mais eficiente de protetores solar, (nanopartículas de dióxido de zinco).

Nanopolímeros Nanopolímeros catiônicos Nanopolimeros – dendrímeros

Aplicações dos Nanopolímeros Transfecção de ácidos nucleicos Drug delivery Scaffolds Células tronco

Quantum dots

Funcionalização Este processo trata das alterações nas propriedades eletrônicas e estruturais das nanoestruturas. Neste caso, átomos ou moléculas podem ser adsorvidos ou ligados às nanoestruturas, alterando, de alguma forma, as propriedades originais, acrescentando com novas propriedades.

Funcionalização

Funcionalização

Biossegurança em Nanobiotecnologia Se as nanopartículas entram nas células, quais seus efeitos fisiológicos nos tecidos? As nanopartículas poderiam  ganhar acesso à circulação sistêmica a partir do contato com a pele? Isso seria relevante para medicamentos e cosméticos? Qual o efeito de terapias usando nanotubos?

Revisando... 1959 – início da nanotecnologia Efeito quântico Botton-up/Top-down Ciência multidisciplinar Nanoeletrônica/Nanomateriais/Nanobiotecnologia Nanotubos/Nanopartículas/Nanopolímeros/Nanocosméticos Funcionalização Biossegurança

Prof. Dr. Vinicius Farias Campos Graduação em Biotecnologia fariascampos@gmail.com vcampos_ib@ufpel.edu.br