O que é Nanotecnologia - Parte 1

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Gabriel Aleks - 16/07/20

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Intro,

Nano

Uma das aplicações do setor nano é na área de nanomedicina. Mas afinal, o que é nanotecnologia?

"Quando lembramos o pouco que sabíamos sobre o corpo humano em 1900 e quanto conhecimento adquirimos em um único século, há motivo para otimismo. Engenheiros genéticos recentemente prolongaram em seis vezes a expectativa de vida média dos vermes Caenorhabditis elegans. Por que não fazer o mesmo pelo Homo sapiens? Especialistas em nanotecnologia estão desenvolvendo um sistema imunológico biônico composto de milhões de nanorrobôs, que habitariam nossos corpos, abririam vasos sanguíneos obstruídos, combateriam vírus e bactérias, eliminariam células cancerosas e até mesmo reverteriam processos de envelhecimento. Alguns pesquisadores sérios sugerem que, por volta de 2050, alguns humanos terão se tornado amortais."

"(...) Eu sabia o que estava acontecendo. Alguém do meu esquadrão teve a perna estourada em batalha e a recriaram da mesma forma. Eles grudaram um membro falso rico em nutrientes no ponto da amputação, depois injetaram um fluxo de nanorrobôs na área de fusão. Usando nosso DNA como parâmetro, os nanorrobôs converteram os nutrientes e a matéria-prima do membro falso em carne e osso, conectando os músculos, nervos e vasos sanguíneos já existentes e assim por diante. O anel de nanorrobôs movia-se lentamente para o membro falso até ele se converter em tecidos ósseos e musculares."

A primeira citação é do livro Sapiens - Uma Breve História da Humanidade, publicado em 2011 pelo historiador israelense Yuval Harari. A segunda vem da obra de ficção científica Guerra do Velho, publicada em 2005 por John Scalzi. Percebemos que o termo "nanotecnologia" - e principalmente nanorrobôs - aparece sempre que o assunto são tecnologias do futuro. Assim como a palavra "quântico", essas palavras misteriosas vêm sendo utilizadas como soluções mágicas na ficção científica sempre que existe um problema complexo demais para ser resolvido com a tecnologia atual, quase como uma carta coringa.

O objetivo deste artigo será deixar um pouco de lado a ficção científica e explicar o significado dessa palavra misteriosa, analisando primeiro sua etimologia e depois passando para sua evolução ao longo do tempo.

Etimologia


Uma definição formal de nanotecnologia é difícil. Tanto que, em um artigo de 2006 da Nature Nanotechnology, 13 pessoas envolvidas com esse campo de conhecimento tiveram que dar sua definição e as respostas foram bastante variadas. Começaremos então destrinchando essa palavra para, daí, tentar retirar algum significado.

"Nano" vem da palavra grega nanos e significa anão. Não é à toa que deficiência associada ao crescimento seja chamada de nanismo. O termo "nano" começou a ser utilizado como prefixo associado a um bilionésimo de metro (10-9 m ou 0.000000001 m) após a Conferência Geral de Pesos e Medidas (CGPM, Conférence générale des poids et mesures) de 1960, que aprovou em uma de suas resoluções o Sistema Internacional de Medidas (SI). Nele, entre outras coisas, estavam convencionados os doze fatores multiplicativos que seriam utilizados, nanômetro sendo um deles. "Tecnologia" vem da união de duas palavras gregas, tekhno e logos. A primeira significa habilidade; já a segunda possui maior profundidade, porém podemos defini-la aqui como sendo um discurso fundamentado. Encontramos esse sufixo geralmente em palavras que representam campos de conhecimento - cosmologia, epidemiologia, antropologia etc.

Outra palavra que vamos encontrar bastante é nanociência, portanto é importante analisá-la também. Seu sufixo vem do latim scientia e significa informação, conhecimento. Portanto, do que reunimos até agora podemos dizer que nanociência é o estudo e a busca pela compreensão daquilo que é muito pequeno. Por sua vez, a utilização prática desse conhecimento obtido é chamada de nanotecnologia. Mas temos outro problema. Afinal, quão pequeno é muito pequeno? A escala nanométrica - entre 1 a 100 nm (nanômetros) - é utilizada na maioria dos casos quando o assunto é nanotecnologia. Um artigo futuro será feito para explicar a fundo o porquê dessa escala ser utilizada, porém por ora basta saber que as propriedades dos materiais quando seu tamanho está nesse intervalo de 1 a 100 nanômetros é bem distinta daquelas observadas em tamanhos maiores.

História


Usos na Antiguidade

Aplicações da nanotecnologia já ocorriam séculos antes da definição formal do campo.

Um dos exemplos mais antigos é o copo de Licurgo. Hoje um membro da coleção do Museu Britânico, esse copo do século 4 A.C. é o que chamamos hoje de vidro dicroico, o que significa que ele muda de cor dependendo da iluminação. Caso a luz venha de dentro do copo, a parte interna fica verde e a externa, vermelha. Caso venha de fora do copo, a parte externa fica vermelha e de fora, verde.

O copo foi analizado em 1990 e os cientistas descobriram que o efeito era devido a uma mistura de nanopartículas de ouro e prata utilizada na confecção do vidro. Veja como é esse fenômeno:

Um efeito semelhante é observado nos vitrais das igrejas medievais. Os artesãos utilizavam nanopartículas de ouro e de prata durante a construção. Como a cor refletida muda em função do tamanho das partículas, vitrais belíssimos como o da figura abaixo puderam ser criados.

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Rosácea norte da Catedral de Notre Dame de Paris (construída no ano 1250).

Outro exemplo da Idade Média é o wootz, aço usado nas espadas de Damasco que era conhecido por apresentar grande resistência, ser extremamente afiado e possuir um padrão visual que lembra água em movimento. Essas espadas davam aos muçulmanos vantagem em relação aos invasores europeus das Cruzadas e, por isso, seu método de fabricação foi mantido em segredo por séculos. Ferreiros europeus nunca foram capazes de replicar algo do tipo. Análises recentes feitas com microscopia eletrônica de transmissão encontraram nanotubos de carbono e nanofios de cementita (Fe3C) na estrutura do aço, explicando assim suas características singulares.

É importante ter em mente que essas nanoestruturas não eram incluídas pelos artesãos e ferreiros propositalmente em suas obras. O que acontecia era que uma receita específica e que possuía determinados ingredientes acabava gerando essas estruturas durante o processo. Por exemplo, a hipótese atual para o aço de wootz é que os ferreiros utilizavam madeira (como fonte de carbono), folhas e minérios contendo diversas impurezas (vanádio, cobalto, crômio e outros) na receita. Fases quentes e frias alternantes durante a produção permitiam que as impurezas formassem o padrão característico do aço e que os nanotubos de carbonos e nanofios de cementita fossem formados.

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Padrões vistos no aço de wootz.

Modernidade

Embora objetos contendo nanotecnologia já existissem antes, é na Idade Contemporânea (1789 - Hoje) que avanços em relação à compreensão dos efeitos produzidos na escala nanoscópica surgem.

Faraday

Michael Faraday, famoso até hoje pelas suas contribuições ao eletromagnetismo, é também um personagem importante para a nanotecnologia. Isso porque Faraday foi o primeiro a apresentar um artigo científico sobre as propriedades dos coloides de ouro e mostrando como prepará-los (coloide é uma mistura contendo partículas de 1 a 1000 nanômetros de diâmetro suspensas em alguma substância). Faraday criou o coloide de ouro acidentalmente enquanto tentava formar folhas finas de ouro para que pudesse observar no microscópio. As folhas de ouro que ele obtinha eram geradas através de um processo mecânico, porém como ele queria torná-las tão finas a ponto de serem transparentes, utilizou um processo químico. Esse processo liberava partículas de ouro e, ao lavar a folha, Faraday observou que um fluido de cor avermelhada era produzido. Ele percebeu que a cor dependia do tamanho das partículas de ouro, porém não soube explicar o porquê.

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O recipiente à direita contém o coloide original criado por Faraday. Foto tirada no Faraday Museum, em Londres. Créditos: Viajonários.

Feynman e Taniguchi

Passemos para o século 20. Richard Feynman - ganhador do Nobel de física de 1965 e conhecido pelos livros que escreveu - apresentou uma palestra em 1959 chamada "There's Plenty of Room at the Bottom" (Há Muito Espaço lá no Fundo), que abordava as vantagens da miniaturização e manipulação da matéria em nível atômico. A palestra foi apresentada na Caltech (Instituto de Tecnologia da Califórnia) e se inicia com Feynman argumentando sobre o desafio de se escrever os 24 volumes da Encyclopædia Britannica na cabeça de um alfinete. Sua transcrição foi publicada em 1960 na revista Engineering and Science, também da Caltech - e sua tradução pode ser encontrada aqui no site. Embora não tenha tido tanta relevância na época (foi citada apenas 7 vezes nos 20 anos seguintes à sua publicação), essa palestra representa hoje o nascimento da nanotecnologia.

Embora seja conhecido como o pai da nanotecnologia, a área não foi batizada por Feynman. Na verdade, o termo "nanotecnologia" só surgiu 15 anos depois da famosa palestra quando o professor Norio Taniguchi, da Tokyo University of Science, apresentou um paper chamado "On the Basic Concept of Nanotechnology" (Sobre o Conceito Básico da Nanotecnologia). Taniguchi diz no paper que "nano-tecnologia consiste principalmente no processo de separação, consolidação e deformação dos materiais por um átomo ou molécula."

Eric Drexler e seu Engines of Creation

O interesse pela palestra de Feynman surgiu só nos anos 1990. Isso provavelmente aconteceu porque o livro de 1986 "Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology", de Eric Drexler, popularizou a nanotecnologia. Drexler aborda temas semelhantes a Feynman, como a fabricação em nível atômico, e como que montadores (assemblers) trabalhariam nesse nível de forma autônoma ao interagir diretamente com os átomos e moléculas. Drexler é importante na história da nanotecnologia na medida em que trouxe a atenção do público para ela, colocando-a em discussão, mas isso não impediu que ele fosse bastante criticado pelo que dizia. A crítica ao seu trabalho pode ser resumida em dois aspectos principais: a suposta impossibilidade da criação desses nanorrobôs - pois para isso regras básicas da química seriam quebradas, como argumentou seu crítico mais ferrenho, Chris Smalley - e sua hipótese da grey goo - a ideia de que os nanorrobôs poderiam se autorreplicar de forma exagerada a ponto de apresentarem perigo. Por conta dessa ideia, Drexler foi acusado de gerar um medo irracional na população sobre o potencial da nanotecnologia.

Microscopia

Independente desses aspectos, avanços continuaram sendo feitos. Lembremos que Feynman falou em sua palestra que o microscópio eletrônico "com grande esforço consegue alcançar uns 10 ångströms". Ou seja, 0,1 nm. Isso parece muito, mas para Feynman a ampliação poderia ser ainda maior, chegando a 100 vezes esse valor. Vamos ver quais tecnologias de microscopia existiam já na época do físico e quais surgiram depois.

Em 1933 foi construído o primeiro microscópio eletrônico, o microscópio eletrônico de transmissão (TEM, transmission electron microscope), que começou a ser vendido comercialmente em 1939. Por esta invenção Ernst Ruska ganhou o Nobel de física de 1986. Na ocasião, a Academia Real de Ciências da Suécia, instituição que escolhe os vencedores do prêmio, declarou que "a importância do microscópio eletrônico em diferentes campos da ciência, como a biologia e medicina, agora está completamente estabelecida: é uma das mais importantes invenções do século". Esse tipo de microscopia sofreu uma evolução constante de sua resolução, de modo que atualmente conseguimos imagens de até 0,05 nm.

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Exemplo de microscopia eletrônica de transmissão. Créditos: Wiley Analytical Science

Pouco tempo depois, em 1937, foi inventado o microscópio eletrônico de varredura (SEM, scanning electron microscope). A resolução típica do SEM é de 1 a 20 nanômetros - portanto pior do que a do TEM -, entretanto a imagem gerada possui um aspecto tridimensional. Como a imagem do TEM não possui essa característica, ambas as microscopias são usadas como complementares.

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Exemplo de microscopia eletrônica de varredura. Créditos: Central Microscopy Research Facility, University of Iowa

Em 1981 foi inventado o microscópio de varredura por tunelamento (STM, scanning tunneling microscope). Seu surgimento inaugura um novo tipo de microscopia, a microscopia de varredura por sonda (SPM, Scanning probe microscopy). Seus inventores, Gerd Binnig e Heinrich Rohrer, receberam o Nobel de 1986 - ou seja, o Nobel de física desse ano foi dividido entre o TEM e o STM, tendo Ruska ganho metade do prêmio e a outra metade ficado para Binnig e Rohrer. Enquanto os outros microscópios eletrônicos funcionam através da emissão de um feixe de elétrons, este atua de forma bem diferente. Ele possui uma agulha cuja ponta é posicionada a poucos ångströms da superfície da amostra (criando um vão) e uma pequena tensão é aplicada entre os dois. Elétrons atravessam o espaço entre a agulha e a amostra num fenômeno conhecido por tunelamento quântico e a corrente desse processo é medida. Toda a superfície é varrida e, a partir da variação de corrente de tunelamento obtida, uma imagem topográfica é gerada. A resolução desse microscópio é maior do que os anteriores, sendo capaz de atuar no nível atômico. Você pode ver como é esse processo no vídeo abaixo:

Em 1985 surge o microscópio de força atômica (AFM, atomic force microscope), outra miscroscopia de varredura por sonda. Foi inventado em 1985 por Calvin Quate, Christoph Gerber e Gerd Binnig - também inventor do STM. O AFM surge para resolver uma desvantagem do STM: ele só analiza superfícies condutoras ou semicondutoras. Já o AFM pode ser utilizado para praticamente qualquer superfície, seja ela polimérica, cerâmica, orgânica, entre outras.

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Exemplo de microscopia de força atômica (imagens A, C, D e F). Créditos: Science Magazine

Estruturas de carbono

CHONPS. Já ouviu essa palavra antes? Você talvez tenha usado ela no ensino médio nas provas de biologia para lembrar dos seguintes elementos químicos: carbono, hidrogênio, oxigênio, nitrogênio, fósforo e enxofre. Sim, CHONPS é um acrônimo para esses 6 elementos - lembrando que phosphorus e sulphur são fósforo e enxofre em latim, por isso P e S são seus símbolos químicos. Mas o que há de especial neles? Bem, antes de responder essa pergunta vamos dar uma olhada em outra coisa.

Independente de CHONPS ser familiar ou não para você, a tabela periódica você provavelmente sabe o que é. Na verdade, ela é tão famosa que existem canecas, camisas, mochilas e vários outros produtos que a utilizam como estampa. É um dos símbolos científicos mais conhecidos junto da famosa equação de Einstein, E = MC2. Dmitri Mendeleev, seu inventor, a montou em 1869 com base na massa atômica dos átomos. Embora isso já tivesse sido feito antes, a genialidade veio do seguinte: ele percebeu que propriedades químicas e físicas dos elementos tendiam a se repetir e organizou a tabela de forma a montar colunas que reuníssem essas semelhanças. Alguns espaços da tabela ficaram vazios, e Mendeleev não só disse que ali ficariam elementos que ainda estavam para ser descobertos mas também quais seriam suas propriedades! A tabela que usamos hoje é diferente em vários aspectos da proposta por Mendeleev. Sabemos, por exemplo da que é o número atômico - a quantidade de prótons que existem no núcleo do átomo - e não a massa atômica que determina as propriedades do elemento. Como a massa atômica aumenta com o número atômico, Mendeleev invariavelmente acertou. Independente dela ter mudado ao longo do tempo, continua até hoje baseada fortemente na estrutura proposta pelo russo.

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Bolsa com estampa da tabela periódica. Créditos: Shenova Fashion

Com isso em mente, voltemos agora à questão dos CHONPS. A tabela de Mendeleev continha 63 elementos; a atual possui 118. O que torna esse grupo de 6 tão especial? Bom, a resposta para isso é simples: esses 6 elementos são essenciais para a vida como conhecemos. O enxofre existe tanto em aminoácidos como na formação das pontes dissulfeto, elemento importante na estabilização de proteínas; o fósforo existe no DNA e no ATP - agente importante nas trocas energéticas celulares; o nitrogênio forma o grupo 'amino' dos aminoácidos; o oxigênio é essencial pois, além de formar o gás usado na respiração celular aeróbica, é também encontrado em açúcares e álcoois; o hidrogênio faz parte de praticamente todos os compostos carbônicos.1 Já o carbono... bom, vamos analisar o carbono separadamente.

Você provavelmente já ouviu que "a vida é baseada em carbono", certo? Embora seja uma frase comum em filmes, é possível que você nunca tenha parado para pensar no seu significado. Acontece que o carbono é um elemento tão especial que existe toda uma área da química dedicada a ele: a química orgânica - mas cuidado, isso não significa que não exista carbono em estruturas inorgânicas. Ele aparece nas proteínas, no DNA, nos açúcares e nos lipídeos. Sua presença é universal a ponto de não conhecermos uma forma de vida que não o utilize. A importância do carbono vem da sua configuração eletrônica: todos os átomos buscam atingir a estabilidade, o que, para a maior parte deles, significa ficar com 8 átomos em sua camada de valência. Como o carbono está no meio do caminho, com 4 elétrons na camada de valência, ele pode fazer até 4 ligações e portanto é um bom formador do "esqueleto" das moléculas. Também é um elemento bastante versátil, podendo se hibridizar de formas diferentes. Isso basicamente significa que ele consegue reorganizar seus elétrons de forma que diferentes tipos de ligações químicas possam ser feitas, e é isso que nos interessa aqui.

Duas hibridizações do carbono formam compostos conhecidos há muitos séculos: grafite e diamante. Dizemos que os dois são alótropos2 do carbono. Mas não são os únicos; nas últimas 3 décadas e meia cientistas descobriram novas formas do carbono se organizar. São elas o fulereno, o nanotubo de carbono e o grafeno.

Fulereno

Foi no ano de 1985 que Robert Curl e Richard Smalley, da Universidade Rice, e Harold Kroto, da Universidade de Sussex, descobriram uma nova estrutura de carbono conhecida como fulereno. Para obter essa estrutura eles emitiram um feixe intenso de laser em grafite, vaporizando o carbono. Esse carbono foi depois misturado a uma corrente de gás hélio e analisado por espectroscopia de massa. A análise mostrou que havia moléculas formadas por aglomerados de carbono, principalmente aglomerados de 60 átomos (C60). Eles chegaram à conclusão de que a alta estabilidade dessa molécula se devia a sua simetria e propuseram uma geometria em que os átomos formam um poliedro de 32 faces, 12 delas formando pentágonos e as outras 20 formando hexágonos. Essa estrutura é igual não só a uma bola de futebol como também à cúpula geodésica projetada pelo arquiteto americano Richard Buckminster Fuller. Por conta disso, os cientistas nomearam a nova estrutura como buckminsterfulereno - também chamada de buckyball. A descoberta rendeu aos 3 o prêmio Nobel de química de 1996. Outras moléculas semelhantes foram descobertas com o tempo, como o C70 e C76. Todas elas juntas integram o grupo dos fulerenos.

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Geometria do buckminsterfulereno, o C60.

Nanotubo de Carbono

O nanotubo de carbono, que nada mais é do que uma folha de grafeno enrolada, foi sintetizado pela primeira vez em 1991 pelo físico japonês Sumio Iijima. Iijima publicou as descobertas em um artigo na revista Nature no qual descreve como produziu os multi-walled carbon nanotubes (MWCNT, nanotubos de carbono de múltiplas paredes). Esses MWCNT nada mais são do que tubos concêntricos - pense nas matrioshkas, as bonecas russas que ficam uma dentro da outra. O método utilizado na síntese foi semelhante ao dos fulerenos e gerou tubos com 4-30 nm de diâmetro e comprimento de 1000 nm. Logo depois, em 1993, tanto Iijima quanto um grupo independente da IBM liderado por Donald Bethune descobriram os single-walled carbon nanotubes (SWCNT, nanotubos de carbono de parede simples), cujo diâmetro chega a até 1 nm.

São as propriedades elétricas, mecânicas e térmicas dos nanotubos de carbono que atraem tanta atenção. Dependendo da arquitetura do nanotubo ele pode se comportar como metal ou semicondutor - e daí surge a oportunidade de utilizá-lo em componentes eletrônicos. Além de ser um ótimo condutor térmico, também possui alta resistência à tração, com experimentos mostrando que ele é pelo menos 100 vezes mais forte que o aço.

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Nanotubo de carbono de parede simples.

Grafeno

O grafeno é o material que se destaca não só entre os últimos 2 listados aqui, mas entre todos os materiais conhecidos! Embora já se soubesse da sua existência há décadas, ele entrou em discussão no século 21 por conta da síntese de 2004 feita por Andre Geim e Konstantin Novoselov. Eles conseguiram obter grafeno através do "método da fita adesiva", que consiste em retirar camadas sucessivas de grafite - o mesmo grafite usado nos lápis - com a fita. Eles repetiram o processo várias vezes até que só restasse uma única camada, o grafeno. O termo "grafeno" surgiu em 1987 justamente para designar essa folha singular de grafite que possui um único átomo de espessura.

Os dois pesquisadores receberam o prêmio Nobel de física de 2010 pelo trabalho. Para se ter uma ideia do quão promissor esse material é, vejamos o primeiro parágrafo do comunicado feito pela Academia Real de Ciências da Suécia, instituição que escolhe os vencedores do prêmio, ao anunciar os vencedores do Nobel daquele ano: "Grafeno é uma forma de carbono. Como material é completamente novo - não apenas como o mais fino mas também como o mais forte. Como condutor elétrico ele é tão bom quanto cobre. Como condutor térmico ele supera todos os outros materiais conhecidos. É quase completamente transparente, porém tão denso que nem mesmo hélio, o menor átomo gasoso, consegue atravessá-lo. Carbono, a base de toda a vida na terra, nos surpreendeu outra vez". Não é à toa que o grafeno seja lembrado sempre como o "super-material".

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Diferença entre grafite e grafeno. O grafite é constituído de várias folhas de carbono, sendo uma única delas chamada de grafeno. Créditos: Techinstro (vídeo)

Atualmente

Todo o progresso da nanociência que conversamos até agora e que aconteceu ao longo de décadas possibilitou que, no ínicio do século 21, cientistas ao redor do planeta pesquisassem sobre as possíveis aplicações desse campo. As propriedades químicas, físicas e biológicas que os materiais têm na nanoescala são tão sedutoras que tornaram a nanotecnologia interdisciplinar, abrangendo campos tão distintos quanto agricultura, eletrônica e cosmética. Vejamos alguns exemplos dessas aplicações.

Quando aplicada à medicina, a nanotecnologia cria uma área chamada nanomedicina (e assim acontecerá com nanoeletrônica, nanoagricultura, nanoalimentos... pois é, cientistas não são exatamente criativos em dar nomes). Com potencial para afetar todas as áreas de sua irmã de larga-escala, a nanomedicina é vantajosa pois, segundo a European Technology Platform on Nanomedicine (ETP Nanomedicine) - iniciativa da indústria europeia criada em 2005 para discutir as aplicações da nanotecnologia na área de saúde -, "a nanoescala é também a escala de muitos mecanismos biológicos do corpo humano, permitindo que nanopartículas e nanomateriais cruzem barreiras naturais e interajam com DNA ou pequenas proteínas em diferentes níveis, no sangue ou dentro de órgãos, tecidos ou células". Os pesquisadores exploram aplicações que abrangem todo o processo médico, indo desde o diagnóstico e tratamento preventivo até a terapêutica. Uma área especialmente estudada é a de drug delivery. Ela consiste no envio do medicamento especificamente para o alvo biológico (por exemplo, uma célula cancerosa), aumentando assim a eficiência e evitando efeitos colaterais. O diferencial do drug delivery é que ele utiliza nanocarreadores - um meio de transporte nanométrico - na entrega dos medicamentos.

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A empresa israelense iCAN (Israel Cannabis) busca empregar cannabis e suas substâncias no desenvolvimento de melhores medicamentos. Um de seus produtos é o colírio iCANsee, que utiliza cannabidiol nanoencapsulado para tratar glaucoma, uveíte e outros problemas oculares. Créditos: Israel Cannabis

Outro aplicação é na nanoeletrônica. O transistor é um componente fundamental para a eletrônica moderna. Ele pode funcionar tanto para amplificar quanto para chavear sinais e está presente em quantidades gigantescas nos circuitos integrados modernos. Para se ter uma ideia o processador A13 Bionic, anunciado pela Apple em 2019 como integrante do iPhone 11, possui 8.5 bilhões de transistores! Isso tudo numa área de aproximadamente 100 mm2 - a área de um quadrado com 1 cm de lado! Essa quantidade toda em um espaço tão pequeno só é possível por conta da miniaturização desse componente eletrônico, processo que acontece continuamente desde a sua invenção. A redução no tamanho dos transistores e o consequente acúmulo de maior quantidade deles nos circuitos integrados é bem sintetizada pela Lei de Moore. Gordon Moore, um dos fundadores da Intel, fez em 1975 a previsão de que o número de transistores contidos em um microprocessador dobraria a cada dois anos. Essa previsão acabou se mostrando bem precisa e passou a ser conhecida como lei. Embora os transistores atuais já estejam na escala nanométrica - com a Samsung e a TSMC anunciando que reduziriam o tamanho desses componentes de 7 para 5 nm em 2020 -, pesquisadores da área buscam formas de melhorar sua eficiência. Uma demonstração recente disso é um artigo publicado na revista Nature Electronics por cientistas do MIT (Massachusetts Institute of Technology). Eles anunciaram ter conseguido encontrar uma forma de tornar a produção de transistores de nanotubos de carbono aplicável a nível comercial. Esse material possui maior eficiência do que o silício, matéria-prima usada atualmente, porém até hoje os transistores feitos dele só haviam sido criados em pequenas quantidades e em laboratório. Resultados como esse nos afastam das bancadas do laboratório e nos aproximam cada vez mais das prateleiras do mercado.

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Número de transistores por microprocessador em função do ano. Gráfico obtido no Our World In Data

Não podemos deixar de comentar das aplicações da nanotecnologia na engenharia de materiais. Os possíveis usos aqui são variados: embalagens inteligentes que pronlongam a validade e avisam o consumidor sobre o estado do alimento; implementação de nanomateriais na indústria automobilística para aprimorar a resistência dos pneus e tornar mais leves algumas partes do veículo, além do uso de substâncias hidrofóbicas no exterior dele de modo que água e outros líquidos não se prendam na sua superfície (como no vídeo abaixo); utilização de nanotubos de carbono na indústria aeroespacial para proteger a nave da radiação ao mesmo tempo que torna-a mais leve; aplicação de nanopartículas de prata em roupas para torná-las antibacterianas; entre muitas outras. Mas e o grafeno? Afinal, falamos dele há pouco e não podemos esquecer que suas propriedades o fazem ser conhecido como um "super-material". O problema é que ainda não há nenhum método que permita sua produção em massa e em boa qualidade. Ou seja, caímos no mesmo problema dos transistores de nanotubos de carbono: as aplicações do grafeno - seja em baterias, células solares ou para purificação da água - permanecerão restritas aos estudos em laboratório até que alguma solução surja para esse problema.

Conclusão

Se considerarmos a palestra de Feynman de 1959 como seu nascimento, a nanociência tem 71 anos. Embora essa idade seja associada a uma pessoa já idosa, representa um bebê quando falamos da história da ciência, principalmente se compararmos com campos como astronomia e física. Mesmo ainda na aurora de sua existência, a nanotecnologia já evoluiu bastante e a tendência é continuar dessa maneira. Uma demonstração dessa ascenção meteórica é a imagem abaixo. Nela vemos a quantidade de artigos contendo o termo "nanotechnology" disponíveis no PubMed, maior motor de buscas de assuntos da área de saúde, em função do ano em que foram publicados. Embora resultados já apareçam anualmente desde 1991, foi em 2001 que o interesse pela área deslanchou. De lá até 2019, 96048 artigos contendo o termo foram publicados, e a marca de 100000 artigos foi ultrapassada nesse ano (2020).

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Até o dia da elaboração deste artigo (05/07/20), 5797 artigos contendo o termo "nanotechnology" foram publicados no PubMed.

Espero ter elucidado um pouco sobre a história da nanotecnologia. Vimos seus usos na antiguidade, o interesse que despertou no século 20 e algumas das descobertas que possibilitaram seu desenvolvimento. Terminamos vendo como que ela é intensamente interdisciplinar, comentando sobre usos na medicina, eletrônica e engenharia de materiais. Caso você tenha alguma dúvida, sinta-se livre para comentar aí embaixo!

O próximo artigo da série O que é Nanotecnologia abordará a nanoescala e o motivo dela ser tão especial.

Obrigado pela leitura e até a próxima!


  1. Informações obtidas do livro Astrobiology: Understanding Life in The Universe, de Charles S. Cockell, páginas 59-60 

  2. Alotropia é o nome que se dá quando um elemento gera diferentes substâncias. Outro exemplo conhecido de alotropia é do oxigênio, que pode gerar o gás oxigênio O2 e o gás ozônio O3 

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