Quer ver um nanocristal de ouro?

Essa é a imagem de um cristal de ouro obtida por Microscopia de Força Atômica, que ganhou o segundo lugar do prêmio Science as Art de 2008, promovido pela MRS. A "artista" é Violeta Navarro, da Universidad Complutense de Madrid (Espanha).

(Na minha graduação, eu tive uma colega que dizia que o sonho dela era ainda ver um átomo. Bem... aí está, um monte deles!) Enjoy.

Glossário:

Microscopia de Força Atômica (AFM, da sigla em inglês): permite visualizar átomos sobre superfícies (tal qual na imagem acima). Nessa técnica, uma ponteira altamente precisa passa pela amostra e é elevada quando há um átomo na superfície. O sistema do microscópio entende que a elevação da ponteira é um átomo e faz um registro que é convertido em pixels pelo computador.

O que o fullereno tem de tão especial

Como já citado aqui nesse blog, o fullereno ganhou o título de molécula do ano de 1991, da revista Science. Para uma molécula, é tão impactante quanto é para uma pessoa sair na capa da Newsweek e ser considerada personalidade do ano!

Mas o que é que o fullereno tem?

Sinais de uma molécula com 60 carbonos já haviam sido detectados fora da Terra na década de 1980. Sua organização estrutural (ou seja, como os átomos se conectam entre si) era um mistério para todos. Como cargas d'água poderia existir na natureza uma molécula com 60 átomos de carbono e nada mais? Como os átomos se ligariam? É aí que a história toma um rumo inusitado. A inspiração que forneceu essa resposta não estava nos laboratórios, mas sim na arquitetura!

Richard Buckminster ("Bucky") Fuller (1895 – 1983) foi um arquiteto americano que se destacou por propor estruturas chamadas cúpulas geodésicas, que são estruturas ao mesmo tempo muito leves e muito resistentes. A forma como elas são construídas permite que grandes espaços sejam cobertos sem a necessidade de suportes internos, como colunas. Uma dessas cúpulas foi construída para a Exposição Internacional de Montreal de 1967 (EXPO 67). O químico Harold Kroto havia passeado por baixo dela na época com sua família e havia ficado fascinado com o design dessas cúpulas.

Imagem de uma cúpula geodésica (fonte aqui)

Veja como é a vida: uns quinze anos depois, com um intrincado quebra-cabeça da natureza em mente - como 60 carbonos podem formar uma molécula? -, Harold Kroto e demais membros da equipe de pesquisadores que estudavam o assunto, como James Heath, Sean O'Brien, Robert Curl e Richard Smalley, tiveram um insight! E se essa molécula com 60 átomos de carbono estivesse organizada como uma cúpula geodésica de Buckminster Fuller? Isso explicaria muita coisa! E, de fato, é assim que essas moléculas se organizam e é devido a isso que elas foram batizadas de fullerenos, ou buckybolas - uma singela homenagem do mundo da física a uma grande figura do design arquitetônico.

Nas cúpulas geodésicas, uma série de triângulos formam pentágonos e hexágonos, que são a chave para obter formas esféricas a partir de um objeto de faces planas. A forma mais esférica possível usando esse princípio é obtida com 12 pentágonos e 20 hexágonos (a base matemática das cúpulas geodésicas pode ser compreendida a partir de dois famosos teoremas: o teorema de Euler e o teorema de Descartes). Mas porque esferas? Na natureza, tudo tende ao estado de menor energia. A geometria esférica é preferida porque é menos energética que as outras formas geométricas, tais como quadrados e triângulos (é por isso, p. ex., que as gotinhas de água na superfície das folhas são esféricas, e não quadradas ou triangulares).

Depois de saber de tudo isso, é fácil perceber que não é à toa que os 60 átomos de carbono de um fullereno se organizam como 12 pentágonos e 20 hexágonos (tal qual uma bola de futebol!). Essa "arquitetura" do fullereno confere a ele alta resistência conjugada com alta leveza - eis um dos motivos que torna essa molécula tão interessante. E não são só eles que se organizam de tal forma ... vírus e quasi-cristais também apresentam uma arquitetura semelhante à das cúpulas geodésicas de Buckminster Fuller.

No início dos anos 1990, o grupo de Richard Smalley, do qual Harold Kroto fazia parte, conseguiu obter formas estáveis de fullereno em laboratório. Desde então, o estudo dos fullerenos e suas aplicações vem ganhando cada vez mais espaço em áreas tão díspares quanto a aeronáutica e a terapia fotodinâmica contra o câncer. Compostos semelhantes foram produzidos com número de carbonos diferente de 60, e fullereno acabou se tornando a designação de toda essa família de compostos, e não apenas da molécula com 60 átomos de carbono.

Para quem quiser saber mais sobre fullerenos e nanotubos de carbono, é só acessar o link de um artigo interessante publicado na Ciência Hoje, de autoria de Rodrigo B. capaz e Hélio Chacham.

Grandes personalidades da nanociência e nanotecnologia: Richard Smalley

Domingo, dia de futebol! Ah, esse jogo chinês que move multidões... Chinês? Mas o futebol não teve origem nas terras da rainha Elizabeth? Verdade, o futebol como o conhecemos teve origem na Inglaterra, por volta de 1850, mas sua história é bem mais antiga. O jogo chinês tsu chu (2500 a.C) foi um dos precursores do nosso futebol. E a história do futebol está intrinsecamente ligada à história da bola de futebol. Antes de 1800 d.C., os índios usavam uma bola feita com rins de porco para jogar uma "pelada".

Ainda bem que as coisas evoluíram, né? De acordo com as regras da FIFA, as bolas de futebol tem que ser esféricas, com circunferência entre 68 e 70cm. Apesar de não seguir as regras da FIFA, desde o início dos anos 1990 o nano(bio)mundo tem sua própria bola de futebol, com 1 nanometro de diâmetro, o que dá uma circunferência de um pouco mais que 6 nm. Tudo isso graças ao químico Richard Smalley e sua equipe, da Rice University (USA). Foi no laboratório do Dr. Smalley que, pela primeira vez, foi possível preparar uma molécula perfeitamente esférica composta por 60 átomos de carbono. Os átomos de carbono se ligam entre si de tal forma que o resultado são 12 pentágonos e 20 hexágonos, tal qual uma bola de futebol.

Richard Smalley e um modelo da buckybola (origem da foto aqui)

Essa bola nanométrica foi denominada buckminsterfullereno, ou buckybola, em homenagem ao arquiteto Buckminster Fuller. Esse arquiteto ficou conhecido por propor as cúpulas geodésicas, estruturas com alta resistência e leveza. Essas cúpulas apresentam estrutura muito semelhante àquela dos átomos de carbono no fullereno. Aplicações para os fullerenos tem sido encontradas nos campos da microeletrônica, dos semicondutores, das baterias e dos lubrificantes. Em 1991, a revista Science elegeu o fullereno como a molécula do ano.

A descoberta do fullereno, que é a terceira forma alotrópica do carbono, rendeu a Richard Smalley, juntamente com Robert F. Curl Jr. e Sir Harold W. Kroto, o prêmio Nobel em Química de 1996.

Borboletas, esses seres nanotecnológicos

Apesar de ter feito o maior frio aqui em Porto Alegre nos últimos dias, com tempo fechado e chuva, essa manhã de domingo que marca o início do horário de verão está bastante agradável. Os passarinhos estão cantando, o céu está azul, a temperatura está amena e o sol faz um efeito bonito nas asas das borboletas que vejo daqui da minha janela. Há borboletas azuis, amarelas e vermelhas, lindas! Difícil achar quem não goste de borboletas... Em muitas culturas, a borboleta é símbolo de renascimento, transformação e geralmente está associado ao mundo espiritual - provavelmente pelo fato de que a borboleta passa por vários estágios de maturação (lagarta, crisálida, borboleta).

O que pouca gente sabe é que as cores que vemos estampadas nas asas de muitos gêneros de borboletas, como a morfo azul, e que são tão agradáveis aos nossos olhos são fruto de uma nanotecnologia altamente refinada. Sim, as borboletas são seres nanotecnológicos! Vou explicar... As cores que vemos nas asas das borboletas se devem a estruturas nanométricas altamente organizadas (parecidas com plaquinhas) presentes nas asas. Essas plaquinhas fazem com que a luz que bate nelas seja espalhada apenas em certas direções e em certos comprimentos de onda, e é isso que vai definir a cor que veremos. O grau de organização das plaquinhas é parte fundamental desse processo, porque os espaços entre elas são exatamente da mesma dimensão que o comprimento de onda da luz espalhada. Só para exemplificar, se as plaquinhas estão organizadas de forma que os espaços entre elas tenham o tamanho do comprimento de onda da luz azul, veremos justamente essa cor. Se as plaquinhas estiverem completamente desalinhadas, sem organização nenhuma, os raios de luz de todos os comprimentos de onda serão espalhados em todas as direções indistintamente - e veremos a cor branca, que é a soma de todas as cores.

Os físicos chamam as estruturas nanométricas que espalham luz e causam o efeito de iridescência, de cristais fotônicos. Cada asa de borboleta possui diferentes tipos de cristais fotônicos: alguns mais organizados, que resultam na cor azul, outros menos organizados, que resultam na cor verde (que é a soma do azul e do amarelo), e por aí vai. As plaquinhas nanométricas nas asas das borboletas são compostas por quitina, que é aquela substância que também compõe a carapaça de camarões e é matéria-prima para fabricar a fibra alimentar quitosana.

Como explicado aí em cima, o ordenamento dos cristais fotônicos é fundamental para controlar a forma como a luz vai se propagar. Esse princípio tem sido bastante utilizado na área de telecomunicações, nos estudos para o desenvovimento de displays interferométricos que prometem cores mais brilhantes e vívidas e até mesmo nos mais recentes cosméticos. Sim, nos cosméticos! A empresa L'Oreal vem desenvolvendo estudos para "imitar" o efeito de iridescência das asas das borboletas, e chama essa tecnologia de maquiagem fotônica. Realmente, borboletas são seres inspiradores...

Glossário:

Iridescência: fenômeno que faz certas superficies refletirem as cores do arco-íris. Essa propriedade não é exclusividade das asas das borboletas - pode ser vista também nos besouros, cigarras, bolhas de sabão, caudas de pavão, escamas de peixe, entre outros.

UPDATE 19/10/2009: Começa hoje a Semana Nacional de Ciência e Tecnologia, uma iniciativa do Ministério de Ciência e Tecnologia (MCT) do Brasil. Se você clicar aqui, terá acesso à programação e poderá reparar que a imagem escolhida para ilustrar o evento é a maturação de uma lagarta em borboleta azul. Espero que, depois de ler esse post, você possa "enxergar" ali um símbolo que transcende a ideia de transformação. Afinal, depois de saber que as asas das borboletas são dotadas de cristais fotônicos, elas bem que poderiam ser consideradas símbolo de tecnologia altamente refinada, você não acha?

Carros com poder de cicatrização

É, o intelecto humano às vezes pode ser surpreendente...

Imagine que você estacionou seu carro na única vaga em quarteirões e mais quarteirões. Você está com pressa. E é contra a ideia de dar um troco para "cuidarem" do seu carro e diz não ao rapaz que "gentilmente" se ofereceu para o serviço. Depois de resolver seus compromissos, você volta à vaga onde estacionou seu carro. E - que revolta! - ele está riscado da dianteira à traseira. Depois de xingar um monte e desejar tudo de ruim ao desgraçado f.d.p. que fez tal desaforo, você faz as contas de quanto vai gastar para arrumá-lo.

Mas então...de repente... o carro começa a... cicatrizar! Você pisca e o arranhão não está mais lá e é como se nada nunca tivesse acontecido. Humm, mais uma história do seriado The Twilight Zone? (também poderia ser um episódio de Fringe, para os leitores mais novinhos).

Para pesquisadores do Fraunhofer Institute for Manufacturing Engineering and Automation IPA e da Duisburg-Essen University (Alemanha), essa ideia está mais próxima da realidade que da ficção. A indústria automobilística usa uma técnica chamada eletrodeposição para revestir a superfície dos carros - geralmente com cromo - para aumentar a resistência das partes metálicas à corrosão. Os pesquisadores alemães incorporaram nanopartículas nesse filme de revestimento dos carros. Ao sofrer danos - um arranhão na pintura, por exemplo -, as nanopartículas desse filme na região do dano seriam quebradas e liberariam um fluido capaz de reparar o estrago. O fluido preenche o risco e é como se nada nunca tivesse acontecido.

Mas porque eu mencionei que a ideia está mais próxima da realidade que da ficção? Porque esse estudo ainda está em andamento, e foram feitos testes com recobrimento de apenas alguns centímetros. Estima-se que testes com recobrimento de peças inteiras serão feitos no máximo em 2 anos. Isso significa que antes de 5 anos esse produto não estará no mercado. Mas provavelmente, num futuro não tão distante assim, mais uma bela ideia dos contos de ficção vai fazer parte do nosso cotidiano.

Fontes: Eurek Alert! e Next Nature.

P.S.: Obrigada ao L. Felipe A. por enviar o link e instigar o post.

Nanotecnologia à venda

Acordei hoje pela manhã e, viciada que sou, fui logo conferir meus e-mails. Dentre as mensagens, havia um press release da Agência FAPESP com a seguinte notícia: Nanotecnologia no Bebedouro. (Foi quando pensei: essa merece um post no Bala Mágica! A Inês, do Educatual, também pensou, hehehe)

Em resumidas palavras, a matéria trata de um produto lançado pela Nanox® Tecnologia S. A. para purificar água de bebedouros. Esse produto consiste de um filme contendo nanopartículas de prata e de dióxido de titânio. Como já foi abordado aqui neste blog, ambos os tipos de nanopartículas são capazes de exterminar bactérias de qualquer tipo. O uso desse filme para revestir as paredes do reservatório de água do bebedouro impede que bactérias cresçam na água armazenada ali.

A Nanox segue a tendência do mercado mundial. De acordo com o PEN (The Project on Emerging Nanotechnologies – USA), prata é a substância mais citada como componente de produtos nanotecnológicos à venda no mundo (e veja que são mais de 600 produtos inventariados!!!). Óxidos de zinco e titânio ocupam o terceiro lugar dessa lista, perdendo apenas para carbono (na forma de fulerenos e nanotubos). Para quem ficou curioso a respeito da empresa, ela é brasileira! A Nanox, sediada em São Carlos/SP, foi uma das primeiras empresas nanotecnológicas do Brasil, tendo iniciado suas atividades em 2005. Ela é um exemplo do que chamamos de empresa spin-off acadêmico: ela se originou a partir de um grupo de pesquisa de uma universidade - no caso, a UNESP.

Assim como a Nanox, várias empresas tecnológicas brasileiras surgiram depois da criação da Lei de Inovação Tecnológica (Lei 10.973, de 2 de dezembro de 2004), que dispõe sobre incentivos à inovação e à pesquisa científica e tecnológica no ambiente produtivo. Apesar de ser alvo de algumas críticas, não há como negar que essa lei ajudou a favorecer um ambiente de inovação no meio empresarial, cujos reflexos vem sendo sentidos com mais força nos dois últimos anos.

Mesa redonda sobre a Compreensão Pública da Ciência

Há um pouco mais de mês recebi um convite do L. Benites A., o Amigo de Wigner, para participar de uma mesa redonda sobre Compreensão Pública da Ciência, que fará parte da programação do XII RABU (Reunião Acadêmica da Biologia da Unisinos), que ocorrerá de 9 a 13 de novembro em São Leopoldo/RS. Fico muito feliz de compartilhar a mesa com o Luiz Felipe e também com o jornalista da Folha de São Paulo Reinaldo José Lopes, outro blogueiro de ciência dos bons.

Como não sou especialista em divulgação científica de forma geral, vou falar do que sei: nanobiotecnologia. Mais especificamente, a Nanobiotecnologia Pelos Olhos da Mídia (sempre fazendo o contraponto com a realidade do laboratório).

Certamente, o bate-papo acabará envolvendo também uma discussão que já foi levantada no II EWCLiPo: o papel dos cientistas e dos jornalistas na divulgação de ciência. Espero representar bem os cientistas divulgadores de ciência por lá!

As inscrições abrirão no dia 12 de outubro. Espero você lá!

Você não acredita em nanopartículas porque não pode vê-las? Agora, você pode....

Na semana passada participei de dois eventos muito bacanas no Rio: o ICAM 2009 e o II EWCliPo - para quem é leitor assíduo, já está careca de saber. Mas o fato é que congressos sempre tem as festas-do-congresso (Mariana e demais pessoas da CH...olha aí que fantástica cobertura vocês perderam para o primeiro número daquela nova revista bolada na mesa de bar em Arraial).

Como não poderia deixar de ser, lá fui eu para a festa do ICAM 2009, no Rio Scenarium (legal, bonito, mas pra turista ver). De vez em quando eu finjo que danço forró - e me divirto pra caramba! Nessa festa no Rio Scenarium, me tiraram pra dançar... samba! Lógico que eu me perdi toda, pois não sei os passos (e samba é bem mais difícil que forró, convenhamos) - mas me diverti mais ainda e fiquei com vontade de aprender!

No nano(bio)mundo também há uma modalidade de dança de salão. Duvida? Ela se chama movimento browniano, em homenagem ao biólogo Robert Brown, que foi quem primeiro descreveu esse movimento em 1827 (embora, na época, ele tenha erroneamente achado que as partículas eram vivas). Esse movimento acontece com partículas na escala nano e micro quando elas estão imersas em um fluido (p. ex., um líquido) por causa dos choques das moléculas desse fluido nas partículas. É em parte por causa do movimento browniano que podemos determinar o tamanho de nanopartículas (para saber mais, veja o post explicativo).

Até aí, tudo certo. Mas quem garante que as nanopartículas realmente existem, se não as vemos? Sem entrar em detalhes sobre método científico e deduções lógicas, hoje tenho como provar para qualquer São Tomé de plantão (do tipo que só acredita vendo) que nanopartículas existem! Tudo isso, graças a um novo equipamento muuuuuito legal adquirido pelo laboratório onde faço doutorado (valeu, profs!) chamado NanoSight. Nesse equipamento, um feixe de laser incide sobre a amostra de nanopartículas e várias fotos são tiradas em sequência. O resultado é um vídeo como esse aí abaixo, onde é possível vê-las se movimentando caoticamente (com uma trajetória que descreve um fractal).

E então, qual será o melhor ritmo de música para essa dança?

UPDATE 02/10/09: O equipamento NanoSight faz parte do laboratório K204 do Instituto de Química da UFRGS, e foi adquirido com recursos do CNPq.

UPDATE 06/10/09: Erro crasso! Esqueci de agradecer ao "dono" da amostra de nanopartículas pelo filme acima... Valeu, Edu!