Fonte: Arline Sydneia Abel Arcuri II Jornada Internacional de Saúde Ocupacional I Congresso Peruano de Medicina Ocupacional e Ambiental 17 a 20 SET 2013 O que é Nanotecnologia? Fátima Viegas FUNDACENTRO Fonte: Arline Sydneia Abel Arcuri

Nanotecnologia Nanotecnologia está sendo anunciada como uma nova revolução tecnológica, mas tão profunda que irá atingir todos os aspectos da sociedade humana. Ela envolve o estudo e a manipulação da matéria em uma escala muito pequena, geralmente na faixa de 1 a 100 nanômetros.

um metro = 1 bilhão de nanômetros Nanotecnologia um metro = 1 bilhão de nanômetros O que representa isto?

Um pouco de química O que é química? É a ciência que estuda as propriedades das substâncias: como elas são formadas, como elas reagem entre si ou se transformam em outras substâncias

Nanotecnologia para entender estas propriedades os químicos chegaram a idéia de que a matéria era formada de molécula e átomos

O que é molécula? A molécula é a menor parte de uma substância pura que continua sendo ainda a mesma substância. Procurando entender!!

Nanotecnologia O rio é formado principalmente de água

Nanotecnologia Se enchermos uma piscina teremos menos água, mas é água.

Nanotecnologia Se tirarmos um copo cheio desta piscina, ainda será água

Nanotecnologia Uma gota deste copo ainda é água. Podemos ir dividindo esta gota até determinado ponto, que já fica invisível a olho nu, que é quando se chega em uma molécula de água.

Nanotecnologia Molécula é então a menor parte de uma substância, que conserva as propriedades químicas características desta substância. A partir da molécula podemos dividir mais , só que não teremos mais água, podemos chegar aos elementos que formam a água, que são os átomos de hidrogênio e oxigênio.

Nanotecnologia Estes átomos podem se combinar e formar água, mas também podem se combinar com outros elementos e formar outras coisas. Por exemplo hidrogênio combinado com carbono pode formar uma montanha de materiais diferentes, desde metano, que é um gás formado de um carbono e quatro hidrogênios, até as moléculas muito complicadas que formam o asfalto, pixe, que podem conter milhares de carbonos e hidrogênios.

Na natureza tudo que existe é formado pelos elementos que podem ser vistos na tabela periódica

Comparando os tamanhos O rio Amazonas mede 6.868 quilômetros e é cheio de água Uma piscina pode ter 10 metros de comprimento e 5m de largura e pode ser cheia com água Uma gota de água que sai de uma torneira grande pode ter por exemplo 5 milímetros 5 milimetros

Comparando os tamanhos Esta gota pode ser dividida em gotas de água menores que por exemplo 1 mm. Neste tamanho ainda dá para ver a gota Dividindo muito até chegar na molécula, não dá mais para se ver a não ser com o auxílio de microscópios muito especiais. Um molécula de água tem cerca de 1 nanômetro de tamanho.

Comparando os tamanhos A distância entre Salvador na Bahia e Natal no Rio Grande do Norte é de 1126 km 1.126 km

Comparando os tamanhos Um grão de areia mede mais ou menos 1 mm 1.126 km = 1.126.000 metros (1 milhão e 126 mil metros) = 1.126.000.000 milímetros (1 bilhão e 126 milhões de milímetros). Então: Comparando: um grão de areia está para a distância entre Salvador e Natal assim como um nanômetro está para o metro

Comparando os tamanhos

Nanotecnologia: do que se trata? “A nanotecnologia é o estudo, desenho, criação, síntese, manipulação, aplicação e exploração de materiais, aparelhos e sistemas funcionais através do controle da matéria na nano escala. Ocupa-se da manipulação, 'controlada' e produção de materiais, instrumentos e estruturas em escala nanométrica”. Gerardo Iglesias, dirigente da UITA http://www.rel-uita.org/

Nanotecnologia: do que se trata? A nanotecnologia envolve 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).

Muitos vírus são aproximadamente do tamanho de algumas nanopartículas. NANOTECNOLOGIA "Nano" é um prefixo que vem do grego antigo e significa "anão". Outras comparações: O cabelo humano é 1000 vezes maior do que as partículas com 100 nanômetros. Muitos vírus são aproximadamente do tamanho de algumas nanopartículas.

Importância do tamanho Em razão de serem tão pequenas, elas têm uma grande relação superfície/volume que é responsável por novas propriedades físicas e químicas. Isto inclui um aumento da reatividade química na superfície da nanopartícula.

Relação superfície/volume Comparando a mesma quantidade de sal grosso e refinado, qual ocupa mais espaço? Volume? Qual é mais fácil de dissolver? Aqui não é propriamente uma nova propriedade mas dá idéia da importância do tamanho da partícula na propriedade das substâncias

Importância do tamanho Diminuindo mais ainda o tamanho até chegar no nível microscópico: as propriedades elétricas, óticas e magnéticas dos produtos químicos podem mudar. Por exemplo: O ouro muda de cor em vários níveis nano.

Importância do tamanho Substâncias que são: estáveis em dimensões maiores tornam-se reativas; isolantes podem se tornar condutoras; opacas podem se tornar transparentes. Conhecer as características das substâncias em tamanho maior não fornece informações compreensíveis sobre suas propriedades no nível nano.

Importância do tamanho As mesmas propriedades que alteram as características físicas e químicas das nanopartículas, podem também, provocar conseqüências não pretendidas (e até desconhecidas) quando elas entram em contato com o organismo humano.

Importância do tamanho Um material perfeitamente seguro para ser manuseado em tamanho maior, pode facilmente penetrar na pele na forma de nanopartícula ou se tornar um aerossol e entrar no organismo pela via respiratória. A reatividade devido a grande área superficial pode interagir com sistemas biológicos de formas desconhecidas.

Impacto da Nanotecnologia Deverá provocar importantes conseqüências econômicas, sociais, ambientais e militares. São bem amplos os seus campos de aplicação. Mandala da nanotecnologia http://www.ica.ele.puc-rio.br/nanotech/nano_introducao.asp

Nanotecnologia = Várias tecnologias Não há, na verdade, uma única tecnologia, mas várias. As tecnologias que manipulam materiais em tamanho nano são diferentes, dependendo do campo de aplicação: medicina, condutores, informática, etc. O que as diferentes tecnologias têm em comum é o tamanho das partículas. (Barker e outros, 2005).

Envolve pouco trabalho, terra ou manutenção É muito produtiva e barata A IMPORTÂNCIA DA NANOTECNOLOGIA PARA O MUNDO EM DESENVOLVIMENTO, SEGUNDO AS NAÇÕES UNIDAS Envolve pouco trabalho, terra ou manutenção É muito produtiva e barata Requer modestas porções de matéria e energia Produtos tecnológicos serão extremamente produtivos como produtores de energia, coletores de materiais e equipamentos industriais Vai reduzir os custos de produção agrícola, e com isto vai reduzir a mortalidade infantil e doenças da subnutrição Saúde das culturas agrícolas protegidas por nanosensores UN. TASK FORCE. SCIENCE, TECHNOLOGY AND INNOVATION INNOVATION: APPLAYING KNOWLEDGE IN DEVELOPMENT, P.70 ENGAJAMENTO PUBLICO EM NANOTECNOLOGIA – Palestra DR. PAULO ROBERTO MARTINS, COORD. RENANOSOMA, PESQUISADOR DO IPT, FORUM SOCIAL BRASILEIRO, RECIFE 21/04/06

ÁGUA E SANEAMENTO Nano membranas e argilas Filtros com nanotubos de carbono Nanosensores para a detecção de patógenos e contaminantes Nanoeletrocatálise para decomposição anódica de poluentes orgânicos e para a remoção de metais pesados em efluentes líquidos Reciclagem de água via polímeros nanoporosos, particulas magnéticas, etc UN. TASK FORCE. SCIENCE, TECHNOLOGY AND INNOVATION INNOVATION: APPLAYING KNOWLEDGE IN DEVELOPMENT, P.70 ENGAJAMENTO PUBLICO EM NANOTECNOLOGIA – Palestra DR. PAULO ROBERTO MARTINS, COORD. RENANOSOMA, PESQUISADOR DO IPT, FORUM SOCIAL BRASILEIRO, RECIFE 21/04/06

INCREMENTANDO O GERENCIAMENTO AMBIENTAL Nanosensores para detectar Nanocatalizadores para reduzir a poluição atmosférica Materiais tóxicos Dispositivo para sequenciar moléculas simples de ácido nucleico via nanoporos UN. TASK FORCE. SCIENCE, TECHNOLOGY AND INNOVATION INNOVATION: APPLAYING KNOWLEDGE IN DEVELOPMENT, P.70 ENGAJAMENTO PUBLICO EM NANOTECNOLOGIA – Palestra DR. PAULO ROBERTO MARTINS, COORD. RENANOSOMA, PESQUISADOR DO IPT, FORUM SOCIAL BRASILEIRO, RECIFE 21/04/06

Nanomateriais: quem são eles? Todos os materiais convencionais, tais como metais, semicondutores, vidro, cerâmica ou polímeros, podem, em princípio, ser obtidos em dimensão de nano escala. O que mais preocupa sob o aspecto de SST e meio ambiente são as nanopartículas.

Nanopartículas? Os tipos de nanopartículas são vários e incluem: partículas inorgânica ou orgânica, cristalinas ou amorfas Podem ser encontradas como: partículas simples/individuais, agregadas, em pó ou dispersas em uma matriz, sobre colóides, suspensões e emulsões, nanofilmes ou nanocamadas.

Novos conceitos de partículas/nanocompostos? Fulerenos Esferas de carbono puro de sessenta átomos de carbono (C60), com aproximadamente um nanômetro de diâmetro, arranjadas como 20 hexágonos e 12 pentágonos, semelhante a uma bola de futebol.

Novos conceitos de partículas /nanocompostos? Nanotubos Os nanotubos de carbono são estruturas cilíndricas formadas por átomos de carbono, cujo diâmetro é de um a três nanômetros (nm) e cujo comprimento de 1.000 nm. bastante comum feita pelos cientistas, os nanotubos são cem mil vezes mais finos que um fio de cabelo. Eles foram descobertos, no início da década de 1990, pelo pesquisador japonês Sumio Iijima.

Novos conceitos de partículas /nanocompostos? Dendrímeros: • São moléculas poliméricas esféricas, formadas por processo de auto-organização hierárquica. Eles são usados em aplicações convencionais de recobrimento e pintura. Futuramente podem ser usados em drug-delivery e até mesmo no auxílio de purificação de água através do aprisionamento de íons metálicos. http://www.ica.ele.puc-rio.br/nanotech/nano_curiosidades.asp

Novos conceitos de partículas /nanocompostos? Pontos Quânticos • São nanopartículas em semicondutores que foram criados no início dos anos 80. São muito utilizados em aplicações de opto-eletrônica, tais como, lasers, LEDs e células solares. Essas partículas possibilitam um confinamento de cargas elétricas, funcionando como uma átomo artificial.

Novos conceitos de partículas /nanocompostos? Biopolímeros: • A grande variedade de biopolímeros, tais como as moléculas de DNA, oferecem variações de nanoestruturas auto-organizáveis. Eles também oferecem a oportunidade de ligação entre a nano e biotecnologia em, por exemplo, criar sensores biocompatíveis e simples e pequenos motores.

Novos conceitos de partículas /nanocompostos? Nanoemulsões Gotículas de material oleoso com poucas centenas de nanômetros de diâmetro, misturadas em água através de um processo de extrusão mecânica intenso. Este processo produz uma população uniforme de gotículas que são estáveis por anos mesmo a temperaturas elevadas. Tem amplo espectro de atividade: antibacteriana, contra vírus envolvidos, fungos, protozoários e esporos devido a sua habilidade de destruir estes organismos. http://nano.med.umich.edu/projects.html

Novos conceitos de partículas /nanocompostos? Nanocamadas Nanocamadas são um dos tópicos mais importantes na área de nanotecnologia. Por meio da engenharia de escala nano de superfícies e camadas pode-se atingir uma ampla faixa de funcionalidade e novos efeitos físicos (por exemplo, elétrico-magnético ou óptico). Exemplos: superfície auto limpante, proteção a corrosão de maquinários e equipamentos, curativos em ferimentos. Monocamada resistente a água.

Novos conceitos de partículas /nanocompostos? Nanoporos São furos simples, em nanoescala, em finas membranas isolantes e que representam uma nova ferramenta para o estudo de biopolímeros tais como o DNA. O modelo mostra uma molécula de DNA passando através do canal de um nanoporo. http://review.ucsc.edu/fall04/campus_update.html

Produtos e serviços que já estão no mercado Um levantamento sumário nas publicações que circulam sobre nanotecnologia aponta para os seguintes produtos e serviços que já estariam no mercado: - Tecidos resistentes a manchas e que não amassam; - Raquetes e bolas de tênis; - Capeamento de vidros e aplicações anticorrosão a metais; - Filtros de proteção solar; - Material para proteção (“screening”) contra raios ultravioleta; - http://pt.wikipedia.org/wiki/Nanotecnologia

Produtos e serviços que já estão no mercado – cont. - Tratamento tópico de herpes e fungos; - Nano-cola, capaz de unir qualquer material a um outro; - Pó antibactéria; - Diversas aplicações na medicina como cateteres, válvulas cardíacas, marca-passo, implantes ortopédicos; - Produtos para limpar materiais tóxicos; - Produtos cosméticos; - Sistemas de filtração do ar e da água; Microprocessadores e equipamentos eletrônicos em geral. http://pt.wikipedia.org/wiki/Nanotecnologia ; - Sistemas de filtração do ar e da água.

Impactos à saúde e ao meio ambiente Os investimentos em pesquisa de novos materiais em nanotecnologia são cerca de 100 a 1000 vezes maiores (dependendo do país) do que os estudos sobre os impactos à saúde e meio ambiente.

TOXICOLOGIA DOS NANOMATERIAS Estes podem ser tóxicos pela composição ou pelo tamanho. Questões: Qual é a toxicidade destes materiais? Podem ser agrupados materiais semelhantes relacionados a sua bioatividade? Qual é a dose-resposta destes materiais? Quais são os métodos apropriados para ensaios? Que modelos de extrapolação predizem a toxicidade? Qual é o mecanismo? Que efeito poderia ocorrer se exposta uma população humana? DURAN, NELSON. NANOTECNOLOGIA E MEIO AMBIENTE. I SEMINARIO INTERNACIONAL NANOTECNOLOGIA, SOCIEDADE E MEIO AMBIENTE, SÃO PAULO, 18-19 OUTUBRO 2005

DESTINO AMBIENTAL E BIOLÓGICO, TRANSPORTE E TRANSFORMAÇÃO DOS NANOMATERIAIS Questões: Através de qual meio estes materiais penetram ao ambiente? Quais são os modos de dispersão destes materiais no ambiente? Estes materiais são transformados no ambiente? DURAN, NELSON. NANOTECNOLOGIA E MEIO AMBIENTE. I SEMINARIO INTERNACIONAL NANOTECNOLOGIA, SOCIEDADE E MEIO AMBIENTE, SÃO PAULO, 18-19 OUTUBRO 2005

EXPOSIÇÃO E BIODISPONIBILIDADE DE NANOMATERIAIS Possivelmente há grande risco à saúde humana associado a fabricação de nanomateriais. Questões: Quanto e em que grau estão os humanos a exposição no ambiente? Há sub-populações mais sensíveis? DURAN, NELSON. NANOTECNOLOGIA E MEIO AMBIENTE. I SEMINARIO INTERNACIONAL NANOTECNOLOGIA, SOCIEDADE E MEIO AMBIENTE, SÃO PAULO, 18-19 OUTUBRO 2005

Possíveis problemas relacionados a produtos nano Natureza das nanopartículas; Características do produtos feitos; Processos de fabricação envolvidos; Possível exposição do trabalhador; Quais materiais são usados; Que rejeito é produzido; São usados produtos tóxicos na fabricação de produtos nanos? O que acontece quando partículas e/ou produtos nanos chegam ao ar, solo, água ou biota? Como avaliar a possível exposição?

Conclusão Ainda há muito pouco estudo sobre os impactos dos materiais nanoestruturados na saúde e no meio ambiente e, em conseqüência, na SST. Há muito o que ser feito na elucidação dos possíveis efeitos e, principalmente, no desenvolvimento de mecanismos que evitem o aparecimento de possíveis danos.

FIM Fátima Viegas Médica do Trabalho Fundacentro-RJ maria.viegas@fundacentro.gov.br