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Category: Notícias
Artigo em destaque: Nanoplataforma magneto-luminescente de baixa toxicidade.
O artigo científico de autoria de membros da comunidade brasileira de pesquisa em Materiais em destaque neste mês é: Fe3O4@SiO2 Nanoparticles Concurrently Coated with Chitosan and GdOF:Ce3+,Tb3+ Luminophore for Bioimaging: Toxicity Evaluation in the Zebrafish Model. Latif U. Khan, Gabriela H. da Silva, Aline M. Z. de Medeiros, Zahid U. Khan, Magnus Gidlund, Hermi F. Brito, Oscar Moscoso-Londoño, Diego Muraca, Marcelo Knobel, Carlos A. Pérez, Diego Stéfani T. Martinez. ACS Appl. Nano Mater. 2019, 2,6, 3414-3425. https://doi.org/10.1021/acsanm.9b00339.
Nanoplataforma magneto-luminescente de baixa toxicidade
Em um trabalho de pesquisa realizado em uma série de laboratórios brasileiros, uma equipe científica multidisciplinar desenvolveu um nanomaterial magnético, luminescente e capaz de se ligar quimicamente a moléculas de interesse, como fármacos ou proteínas. O nanomaterial também apresentou baixa toxicidade em testes com organismos vivos. Tendo esse conjunto de características, o novo material pode ser visto como uma nanoplataforma multifuncional, promissora para o desenvolvimento de diversas aplicações, principalmente nas áreas de biotecnologia, saúde e ambiente. O estudo foi reportado em artigo publicado na ACS Applied Nano Materials (periódico da American Chemical Society lançado em 2018), e destacado em capa da edição de junho da revista.
As propriedades dessa nanoplataforma provêm da presença de diversos compostos e elementos com propriedades distintas: nanopartículas de óxido de ferro (Fe3O4, conhecido como magnetita) responsáveis pelo magnetismo; íons de elementos lantanídeos (Gd3+, Ce3+ e Tb3+, conhecidos como terras raras) responsáveis pela luminescência ou emissão de luz, e quitosana (biopolímero obtido a partir do exoesqueleto de crustáceos), fundamental para propiciar, na superfície na nanoplataforma, as ligações químicas com moléculas externas de interesse.
A nanoplataforma foi desenvolvida no Laboratório Nacional de Nanotecnologia do Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (LNNano – CNPEM). O processo utilizado para sua síntese abrange uma série de etapas. Inicialmente, as nanopartículas de óxido de ferro que formam o núcleo das nanoplataformas são sintetizadas e revestidas com dióxido de silício (SiO2). Depois, os elementos luminescentes e a quitosana são incorporados às nanopartículas formando uma camada externa. O resultado são nanoplataformas de aproximadamente 170 nm de diâmetro (em média), denominada Fe3O4@SiO2/GdOF:xCe3+,yTb3+.
Para estudar as propriedades magnéticas e luminescentes da nanoplataforma e caracterizar sua estrutura e morfologia, participaram do trabalho grupos de pesquisa da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp) e da Universidade de São Paulo (USP), especialistas nesses estudos.
Além disso, os autores principais do trabalho decidiram avaliar a toxicidade das nanoplataformas com relação a organismos vivos – um passo fundamental quando se pensa em aplicações na área de saúde ou meio ambiente. Os cientistas optaram por realizar um ensaio in vivo bastante consolidado no meio acadêmico, no qual embriões de peixe-zebra, mais conhecidos pelo nome em inglês zebrafish (nome científico Danio rerio), são expostos ao material cuja toxicidade se deseja avaliar. Esses peixes de água doce, de fato, apresentam alta semelhança genética com a espécie humana (cerca de 70%) e, ao mesmo tempo, são mais baratos e fáceis de se estudar do que camundongos ou ratos , entre outras vantagens.
No ensaio de toxicidade, algumas dezenas de ovos de peixe-zebra recém-fecundados foram colocados em meio aquoso contendo as nanoplataformas em diversas concentrações. Os embriões foram examinados em diferentes momentos de seu desenvolvimento usando um microscópio óptico para conferir se ocorria mortalidade, malformação, edema ou mudanças no tamanho. Os testes incluíram embriões com e sem córion (membrana que protege o embrião nos estágios iniciais do desenvolvimento). Os resultados do ensaio, que foi realizado no LNNano, mostraram que as nanoplataformas, mesmo em elevadas concentrações (100 mg/L), apresentam baixa toxicidade para todos os grupos de embriões.
“Este trabalho traz uma contribuição inédita envolvendo a avaliação da toxicidade de nanomateriais híbridos utilizando o modelo zebrafish, um promissor método alternativo em nanotoxicologia, e a influência do córion”, destaca Diego Stéfani Teodoro Martinez , pesquisador do CNPEM no LNNano e um dos autores correspondentes do artigo.
Os embriões também foram analisados no Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS – CNPEM) com o objetivo de verificar a distribuição e concentração das nanoplataformas no organismo dos embriões. Para isso, os cientistas utilizaram a técnica de microscopia por fluorescência de raios X com luz sincrotron (SXRF), a qual consegue fazer um mapeamento preciso de determinados elementos químicos em sistemas biológicos. Essa técnica está disponível em uma das estações experimentais do LNLS, coordenada pelo pesquisador Carlos Alberto Pérez, que é um dos autores correspondentes do artigo.
As análises por SXRF mostraram que as nanoplataformas tinham se acumulado nos embriões em função do tempo de exposição, com concentrações maiores no trato gastrointestinal no caso dos embriões que já tinham a boca desenvolvida – um resultado que pode ser significativo, por exemplo, no contexto de aplicações na área de saúde envolvendo a ingestão das nanoplataformas por via oral.
O estudo foi realizado no contexto de um projeto de pós-doutorado do bolsista Latif Ullah Khan, também autor correspondente do artigo. A realização do projeto, afirma Martinez, foi possível graças à disponibilidade de competências e facilidades nos laboratórios multiusuários do CNPEM. Entretanto, parcerias com outros laboratórios também foram fundamentais, acrescenta o pesquisador do CNPEM. Na Unicamp, o grupo do professor Marcelo Knobel realizou os estudos de magnetometria. Na USP, os grupos dos professores Hermi Felinto Brito e Magnus Gidlund fizeram os estudos de luminescência e funcionalização. Finalmente, o professor Diego Muraca (Unicamp) e o pesquisador Jefferson Bettini (CNPEM) contribuíram com a caracterização estrutural e morfológica por técnicas de microscopia eletrônica de transmissão.
“Este artigo surgiu com a união da experiência de diferentes grupos brasileiros; um trabalho interdisciplinar na fronteira do conhecimento em nanobiotecnologia e nanotoxicologia”, diz Martinez, acrescentando que um dos principais desafios do trabalho foi a integração de conhecimentos e técnicas de diferentes áreas, como Materiais, Biologia e Toxicologia, no qual atuaram como coordenadores ele mesmo e Carlos Pérez.
O estudo contou com apoio financeiro das agências brasileiras CAPES (inclusive por meio do acordo CAPES-CNPEM), FAPESP e CNPq (inclusive por meio do INCT-Inomat); do Ministério da Ciência, Tecnologia, Inovações e Comunicações (MCTIC) por meio do SisNANO, e The World Academy of Sciences for the advancement of science in developing countries (TWAS). O estudo também contou com apoio financeiro do Centro Brasil-China Pesquisa e Inovação em Nanotecnologia (CBC-Nano).
Aplicações: biotecnologia, saúde e meio ambiente
De acordo com Martínez, a nanoplataforma desenvolvida abre perspectivas para aplicações em biotecnologia, saúde e meio ambiente, como, por exemplo, sistemas para imageamento de tecidos biológicos e células, kits para diagnósticos médicos e sistemas para detecção e remediação de poluentes ambientais.
As aplicações aproveitariam o interessante conjunto de propriedades da nanoplataforma. Por ser magnéticas, usando um ímã externo, as nanoplataformas poderiam ser direcionadas e retidas em determinado tecido biológico ou isoladas de, por exemplo, sangue ou águas contaminadas. Além disso, a luminescência do nanomaterial permitiria a visualização das nanoplataformas dentro dos tecidos biológicos e células de interesse. Finalmente, a presença de quitosana propiciaria a ligação química de fármacos e outras moléculas que serviriam ao diagnóstico e/ou tratamento de doenças. “Todavia, ainda é preciso muitos estudos para aplicações reais e comercialização desta nanoplataforma, uma vez que se trata de um novo material e que precisa ser testado em diferentes modelos futuramente”, esclarece Martinez.
Featured scientist: Prof. Julia Greer (California Institute of Technology, USA).
As if she were an architect of the nanoscale, Prof. Julia R. Greer, together with her research group at Caltech (California Institute of Technology) creates three-dimensional structures based on innovatively engineered nanomaterials. The result are metamaterials (artificial materials in which properties depend not only on chemical composition but also on the specific arrangements of nano-sized components into an architected structure) with superior properties. For example, structures with simultaneous extreme lightness and strength or thermal conductivity. Professor Greer and her group develop methods to create such 3D nano-architected materials using an approach called additive manufacturing, and to understand how these properties are generated as a result of multi-scale interactions: atomic, nano and micro scales.
Julia Rosolovsky Greer was born in Moscow (Russia). She began her musical education at the age of 6 and started attending the renowned Gnessin School of Music in Moscow in 5th grade; concurrently in 7th grade she transferred to a Math high school, which in a way served as a foreshadow of her “double-career” as a scientist and a pianist. At 16, she moved with her family to the United States, where she studied and works in three of the top five universities in the world according to the rankings available. For her undergraduate studies she attended the Massachusetts Institute of Technology (MIT), where she obtained in 1997 her major in Chemical Engineering and a minor in Advanced Music Performance. After that, Greer was accepted at Stanford University to undertake graduate studies in Materials Science and Engineering. In 2000, she obtained a M.S. degree, but was discouraged by her at-the-time-supervisor to follow a scientific career. After working for a few years at Intel, Greer decided to return to Stanford to get a Ph.D. Working under the guidance of materials scientist Prof. William D. Nix, who she considers an incredible mentor, Julia made a seminal contribution to nanomechanics and obtained her Ph.D. degree in 2005. After that, she was a postdoctoral fellow at PARC until she joined the faculty of Caltech in 2007, where she is currently a Ruben F. and Donna Mettler Professor of Materials Science, Mechanics, and Medical Engineering.
Professor Greer has an h-index of 56 and over 13,000 citations, according to Google Scholar. She has received a couple of dozen distinctions from scientific institutions, journals and media, and has given more than 100 invited lectures, including named lectures, at scientific events, universities, World Economic Forums and TEDx events. Greer serves as an associate editor for Nano Letters and Extreme Mechanics Letters.
This scientist and concert pianist will be in September in Balneário Camboriú (Brazil), giving a plenary lecture at the XVIII B-MRS Meeting.
See our mini interview with Professor Julia Greer.
B-MRS Newsletter: – In your PhD research, you developed an innovative method to measure mechanical properties of materials at the nanoscale and with it you have made an amazing discovery, right? We would like you to tell us, as briefly as possible, the history of this work, its results and its impact.
When I first arrived at Stanford to start my Ph.D. research with the amazing mentor, Professor W.D. Nix, he vaguely suggested that I should learn how to make small things to test mechanically and see if I could figured out how to use the new-at-the-time instrument, the Focused Ion Beam (FIB). Having worked at Intel for a couple of years, I had learned to do what the Boss tells you to do, so I had learned a very new at the time technique that carves nano-sized shapes by etching the parent material with Ga+ ions. Soon, I had become quite proficient at making nano-cylinders, whose diameters ranged from 1/10,000th of your hair diameter to something like half a thickness of a sheet of paper. I then figured out how to compress them using an instrument called nanoindenter to assess their strength and modulus, and we discovered that as we made those pillars smaller, i.e. reducing the diameter from several microns to a few hundred nanometers, resulted in much higher stresses, i.e. they were able to exhibit much greater strengths. I spent the rest of my 3-year Ph.D. trying to figure out how and why that happened. Together with Prof. Nix, we stumbled upon a pretty impactful finding that smaller was, in fact, stronger, because of the specific behavior and interactions of defects called dislocations within very small, nano- and micro-sized volumes. We did all this work on single crystals of gold, i.e. a relatively malleable metal at the macroscale, whose properties are well understood. When its dimensions were reduced to ~200 nm, it became as strong as steel, exhibiting compressive (and we showed later, tensile, too) stresses close to 800 MPa or even higher; for comparison, the bulk strength of gold is roughly 25 MPa, so it’s 50 times higher! Since then many other research groups have confirmed this type of size effect in many different metals, using different experimental and computational techniques and materials, so it had turned out to be not only a reproducible but seemingly ubiquitous size effect in many different material systems. It has significant implications for how to properly understand material behavior at the nano- and microscale.
B-MRS Newsletter: – In your plenary talk at the B-MRS Meeting, you will talk about three-dimensional nano-architected meta-materials. Could you please choose one of your favorite metamaterials, briefly describe how it is made and mention its (possible) applications?
Well, our meta-materials are like children, I don’t really have a favorite one. What I will do is describe how we usually make these materials, what are their solid constituents – they are all so different: metals, semiconductors, polymers, carbon, ceramics, etc. – and what kind of properties they exhibit. I will describe quite a bit of chemical synthesis, mechanical properties, and show (hopefully 😉 ) interesting visual examples of their response to various stimuli. I am looking forward to the conference!
For more information on this speaker and the plenary talk she will deliver at the XVIII B-MRS Meeting, click on the speaker’s photo and the title of the lecture here https://www.sbpmat.org.br/18encontro/#lectures.
Da ideia ao mercado: Insumos nanotecnológicos que espalham inovação.
Neste mês de julho de 2019, a Innoma – Innovative Materials está prestes a realizar a primeira venda de seu primeiro produto, um insumo nanotecnológico com propriedades antimicrobianas que pode viabilizar inovações nas indústrias cosmética, têxtil, de tintas, de embalagens e muitas outras.
A origem da startup remonta a 2015. Nesse momento, Tiago Hilário Ferreira era um bolsista de pós-doutorado que acumulava mais de 10 anos de vida acadêmica, além de uma experiência empreendedora de três anos como dono de uma pizzaria. Na graduação, Tiago tinha estudado Farmácia na UFMG. No mestrado e doutorado em Ciência e Tecnologia dos Materiais, realizados no CDTN, ele pesquisara a produção e as propriedades de cilindros de diâmetro nanométrico compostos por átomos de nitrogênio e boro, os nanotubos de nitreto de boro. No pós-doc ele tinha utilizado esse material para desenvolver um sistema capaz de encontrar tumores no organismo e combatê-los de forma mais eficiente.
Em 2015, o trabalho do pós-doc foi selecionado dentro do programa Inova Minas (iniciativa de agências do governo do estado de Minas Gerais) para ser apresentado em uma mostra cujo objetivo era comunicar à sociedade em geral a relação da ciência mineira com a vida dos cidadãos. “Nessa oportunidade, eu comecei a entender a necessidade de levar o conhecimento científico para mais próximo da sociedade”, conta Tiago. “Houve uma identificação muito grande e, a partir desse primeiro contato, comecei a buscar iniciativas nesse sentido”. Pouco mais de um ano depois, no início de 2017, Tiago criava a Innoma junto ao engenheiro de materiais Diego Santos de Oliveira, que realizava seu mestrado em Materiais no CDTN com uma pesquisa sobre nanomateriais para aplicações em saúde.
O impulso inicial para criar a startup, conta Tiago, foi a possibilidade de participar de dois programas mineiros de apoio ao surgimento e desenvolvimento de startups: o BioStartupLab e o FiemgLab. A Innoma foi selecionada pelos dois programas em 2017 para fazer uma capacitação inicial, chamada de pré-aceleração. Inicialmente, a ideia dos sócios era produzir, em escala industrial, as nanopartículas de nitreto de boro para pesquisa científica e para uso em terapias de combate ao câncer.
Contudo, no final da pré-aceleração, os sócios perceberam que deveriam priorizar projetos com maior viabilidade comercial, e optaram por apostar nos nanoativos de prata. Esses antimicrobianos de alta eficiência, que podem ser incorporados a diversos produtos, possuem atualmente o maior mercado em nível mundial dentre os nanomateriais, segundo dados informados pela Innoma.
Para desenvolver a tecnologia mais adequada à produção do nanoativo, os sócios se apoiaram nos conhecimentos adquiridos durante sua formação acadêmica e firmaram uma parceria com a PUC Minas para utilizar laboratórios de Físico-química. O produto gerado foi uma dispersão aquosa de nanopartículas de prata que, segundo o Tiago, se destaca pela grande estabilidade e pela alta concentração do ativo.
Depois de proteger por meio de patentes depositadas a rota química desenvolvida, a startup optou por terceirizar a produção industrial dos nanoativos. Dessa maneira, a Innoma, que até o momento vem trabalhando com capital próprio e com uma equipe interna formada, apenas, pelos dois sócios-fundadores, garante baixos custos operacionais e alta capacidade produtiva. “Firmamos parceria com uma importante indústria química que possui todos os certificados e registros exigidos, além de estruturas operacional e tecnológica aptas a atender os mais rigorosos padrões de qualidade”, explica Tiago.
Hoje, enquanto comercializa seu primeiro produto, a Innoma trabalha nos próximos lançamentos: nanoativos baseados em cobre, zinco e ouro, que prometem beneficiar segmentos diversos da indústria nacional.
Veja nossa entrevista com Tiago Hilário Ferreira, que atua como diretor executivo na Innoma.
Boletim da SBPMat: – Quais foram os fatores mais importantes no sentido de viabilizar a criação e desenvolvimento da startup?
Tiago Hilário: – O aprendizado adquirido durante o processo de pré-aceleração foi muito importante para o início da modelagem do negócio. As validações com potenciais clientes direcionaram os nossos esforços. A operação inicial com o custo fixo mais baixo possível possibilitou que a nossa empresa se mantivesse ativa neste período de pré-faturamento.
Boletim da SBPMat: – Quais foram as principais dificuldades enfrentadas até o momento pela startup?
Tiago Hilário: – Quando se cria uma empresa do zero as dificuldades são diárias, o famoso “matar um leão por dia”. O processo de desenvolvimento do produto e adequação ao mercado até o momento foram as etapas mais complicadas.
Boletim da SBPMat: – Qual é, na sua visão, a principal contribuição da startup para a sociedade?
Tiago Hilário: – Trabalhamos para fornecer nanoativos de alta eficiência para o mercado nacional, tornando possível a utilização destes materiais em novos produtos que até então não possuíam viabilidade comercial.
Ao disponibilizar para o mercado uma tecnologia habilitadora, e conforme as diretrizes do MCTIC, esperamos promover o aumento do desempenho humano, seus processos e produtos, qualidade de vida e justiça social.
Boletim da SBPMat: – Qual é sua meta/ seu sonho para a startup?
Tiago Hilário: – A meta é que a INNOMA se estabeleça como empresa ainda nesse ano, para que os sócios possam se dedicar integralmente a ela. O nosso sonho é ser referência nacional neste mercado.
Boletim da SBPMat: – Deixe uma mensagem para nossos leitores do boletim e seguidores das redes sociais que avaliam a possibilidade de criar uma startup.
Tiago Hilário: Tenho três conselhos para quem pretende criar um startup:
– O processo é lento. Normalmente leva mais tempo do que o esperado e você precisa estar preparado para isso.
– Muito dinheiro atrapalha tanto quanto pouco. Com muito recurso, os sócios tendem a atropelar as validações e fazer investimentos errados. Com muito pouco, o projeto se torna inviável.
– A equipe é o mais importante. A gente tende a acreditar que a ideia é o principal, mas uma equipe forte e motivada é o fator que faz mais diferença no sucesso de uma startup.
Nota Pública da SBPMat.
A diretoria e o conselho da Sociedade Brasileira de Pesquisa em Materiais (SBPMat) se solidarizam com o Diretor do INPE, Prof. Ricardo Magnus Osório Galvão, sobre comentários infundados do Sr. Presidente Jair Bolsonaro. Se o Presidente tivesse o cuidado de verificar o trabalho do INPE e a trajetória de contribuições do Prof. Ricardo Galvão, jamais teria feito a acusação infundada.
Os órgãos públicos e seus funcionários devem servir ao povo e à Nação, sendo portanto passíveis de críticas e avaliações. É inadmissível, porém, que um Presidente da República faça acusações em público sem mínima verificação. Não é apenas ao Prof. Ricardo Galvão e ao INPE que o Presidente ofende, mas a todos que trabalham em prol do Brasil com geração de conhecimento.
Artigo de sócio da SBPMat é selecionado para coleção da Royal Society of Chemistry.
O professor Oswaldo Luiz Alves (IQ – Unicamp), sócio da SBPMat, é um dos autores correspondentes de um artigo selecionado para compor uma coleção temática da Royal Society of Chemistry (RSC), comemorativa do Ano Internacional da Tabela Periódica. A coleção, que pode ser acessada aqui, reúne 55 papers sobre sistemas de baixa dimensionalidade baseados em carbono e suas aplicações, publicados entre 2017 e 2019 em alguns periódicos da RSC.
O paper assinado pelo professor Alves junto a outros sete pesquisadores do Brasil reporta a toxicidade e as nanobiointerações de um óxido de grafeno funcionalizado com relação a componentes do sangue humano. O artigo foi inicialmente publicado em 2018 no Journal of Materials Chemistry B e acaba de ser destacado na coleção comemorativa, na qual é disponibilizado na modalidade de acesso aberto.
Referência do artigo: Marcelo de Sousa, Carlos H. Z. Martins, Lidiane S. Franqui, Leandro C. Fonseca, Fabrício S. Delite, Evandro M. Lanzoni, Diego Stéfani T. Martinez and Oswaldo L. Alves. Covalent functionalization of graphene oxide with D-mannose: evaluating the hemolytic effect and protein corona formation. J. Mater. Chem. B, 2018,6, 2803-2812. DOI:10.1039/C7TB02997G. Disponível em: https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2018/tb/c7tb02997g?page=search (HTML)
XVIII Encontro da SBPMat: descontos nas inscrições.
As inscrições ao XVIII Encontro da SBPMat/B-MRS Meeting (Balneário Camboriú, 22 a 26 de setembro de 2019) estão abertas no site do evento e têm valores diferenciados (com desconto) até 2 de agosto 9 DE AGOSTO (PRORROGADO). Além disso, inscrições no local evento (sem desconto) estarão disponíveis durante todo o encontro.
Entre os participantes de instituições brasileiras, sócios da SBPMat têm desconto especial na inscrição. Pessoas que ainda não são sócias ou não estão com a anuidade em dia podem regularizar a situação no momento da inscrição ao evento e, assim, usufruir do desconto na inscrição e dos demais benefícios de ser sócios/sócias da SBPMat. O valor da anuidade de sócio somado ao valor da inscrição ao evento é igual ao valor da inscrição para não-sócios.
Tabela com os valores da inscrição ao evento: https://www.sbpmat.org.br/18encontro/#registration.
Valores da anuidade de sócio SBPMat e benefícios de ser sócio: https://www.sbpmat.org.br/pt/socios-sbpmat/associe-se/
Boletim da SBPMat. 82 ª edição.
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Cientista em destaque: entrevista com Leonardo Mathias Leidens, vencedor de Prêmio Destaque do CNPq em iniciação científica.
Quando atendeu ao telefone naquela tarde de maio, Leonardo Mathias Leidens, 24 anos, achou que estava sendo vítima de um trote. O presidente do CNPq, do outro lado da linha, estava lhe dando a notícia de que o trabalho de iniciação científica dele tinha sido escolhido como o melhor do Brasil na área de Ciências Exatas, da Terra e Engenharias, na décima sexta edição do Prêmio Destaque na Iniciação Científica e Tecnológica.
Entretanto, se Leonardo tivesse contido a emoção e houvesse podido olhar para trás naquele instante, ele teria percebido que o prêmio era, na verdade, uma consequência esperável de uma caminhada constante de passos firmes pelo conhecimento científico, além de um merecido reconhecimento à sua competência e dedicação.
Leonardo nasceu em 1995 em Caxias do Sul, município da Serra Gaúcha com cerca de 500 mil habitantes e um importante polo industrial. Depois de cursar o ensino básico em escolas públicas da cidade, sempre com excelente desempenho escolar, Leonardo ingressou, em 2013, ao curso de graduação em Engenharia Química da Universidade de Caxias do Sul (UCS), universidade comunitária com sede em Caxias do Sul, presente por meio de seus campi em oito municípios gaúchos.
No primeiro semestre de 2014, Leonardo achou uma oportunidade de começar a fazer ciência. Tornou-se bolsista de iniciação científica, sob orientação do professor Carlos A. Figueroa, líder na UCS de um grupo de pesquisa fundamental e aplicada em Ciência e Engenharia de Superfícies, que posteriormente receberia o nome de “Grupo Epipolé”. Nesse grupo, e sempre com o mesmo orientador, Leonardo trabalhou em diversas pesquisas referentes à adesão de filmes de carbono amorfo como bolsista da UCS e dos programas PIBIT e PIBIC do CNPq. Como resultado desse trabalho, Leonardo tem hoje em seu currículo Lattes nove artigos científicos (um deles como primeiro autor) publicados em periódicos internacionais com revisão por pares, incluindo algumas das melhores revistas da área de superfícies e filmes finos.
Em agosto de 2016, Leonardo saiu pela primeira vez do país para cursar dois semestres na École Supérieure des Industries Chimiques (ENSIC), na cidade de Nancy (França), após ter sido selecionado como bolsista do BRAFITEC, programa da CAPES que apoia a mobilidade de estudantes de Engenharia entre instituições do Brasil e da França. Nesse período, além de cursar disciplinas do curso e outras que complementaram sua formação, Leonardo apresentou, pela primeira vez, um trabalho em um evento científico internacional, o E-MRS 2017 Spring Meeting, realizado na cidade francesa de Estrasburgo. Para participar desse evento, aliás, Leonardo ganhou uma isenção da taxa de inscrição em uma seleção promovida pela SBPMat e a E-MRS.
Depois dessa enriquecedora experiência no exterior, em meados de 2017, Leonardo retornou a Caxias do Sul e retomou suas atividades acadêmicas na UCS, inclusive a iniciação científica no Grupo Epipolé. Em dezembro de 2018, ele concluiu o curso de bacharelado em Engenharia Química com uma média de 3,96 sobre a nota máxima de 4 no conjunto das disciplinas cursadas. Por esse fato, na colação de grau, Leonardo foi distinguido pelo Reitor da UCS com a Láurea Acadêmica.
Devido à toda a experiência vivida em mais de quatro anos como bolsista de iniciação científica, Leonardo decidiu fazer doutorado direto (sem passar pelo mestrado). Assim, no início deste ano, ele se tornou doutorando do Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciência dos Materiais (PGMAT) da UCS, mais uma vez sob orientação do professor Figueroa.
No dia 23 de julho, Leonardo receberá seu Prêmio Destaque na cerimônia que será realizada em Campo Grande (MS) durante a 71ª Reunião Anual da SBPC.
Veja nossa entrevista com Leonardo.
Boletim da SBPMat: – Você poderia nos contar brevemente como e quando começou e se desenvolveu o seu interesse pela ciência/ pesquisa? E a sua vontade de ser cientista?
Leonardo Mathias Leidens: – A curiosidade sempre foi uma característica facilmente perceptível em mim. A vontade e ansiedade em saber a origem de “tudo”, os porquês e como as coisas funcionam me levaram à ciência, mesmo que de forma um pouco inconsciente. Meus pais sempre me incentivaram a ler muito e isso foi essencial na busca das respostas das minhas perguntas e no desenvolvimento da criatividade. Mais do que isso, ainda criança, adorava reproduzir experiências simples que aprendia em programas de TV (infelizmente, a internet não estava amplamente disponível na década de 90) ou criar os próprios experimentos desajeitados quando ganhei um kit infantil de química (já que os simples, indicados nas instruções, perdiam a graça rapidamente). Curiosamente, eu demorei a entender que a união de todas essas coisas que eu fazia natural e prazerosamente poderiam formar minha profissão. Levaram alguns anos até que, no Ensino Médio, a ficha caiu e, desde lá, me dediquei a alcançar um novo objetivo: me tornar um cientista. Ingressei no curso de Engenharia Química com o intuito de participar de atividades de Iniciação Científica e seguir na carreira acadêmica.
Boletim da SBPMat: – Muito brevemente, quais foram as principais competências que você considera ter desenvolvido ao longo dos anos como bolsista de I.C.?
Leonardo Mathias Leidens: – Basicamente, o maior desenvolvimento pessoal e profissional foi o treinamento no “método científico”, ou seja, a competência inicial para a formação de um cientista. Fazer uma pergunta, buscar o estado da arte e as respostas já disponíveis para comparação com a realidade apresentada e questionar/comparar os próprios resultados se tornaram atividades cotidianas. Para conseguir desenvolver todos esses passos da pesquisa, o treinamento em equipamentos complexos, a análise de dados e a proposta de ideias e projetos foram habilidades que tiveram que ser criadas ou desenvolvidas. Além disso, no tempo de bolsista, pude melhorar idiomas, como o inglês (o idioma da ciência), além de passar a escrever com mais rigor e excelência trabalhos para revistas internacionais, congressos, relatórios e projetos.
Boletim da SBPMat: – Na sua visão, quais foram os fatores mais importantes que contribuíram à realização do trabalho premiado?
Leonardo Mathias Leidens: – Inicialmente, foram a trajetória, a estrutura e a experiência do grupo em diferentes abordagens para minimizar o problema de adesão dos filmes de carbono amorfo em ligas ferrosas que permitiram a proposta de trabalho e o resultado alcançado pois, com amplo conhecimento do sistema material estudado, foi possível investigar de maneira muito profunda o problema e as modificações positivas geradas com o uso do plasma de hidrogênio. O trunfo, na minha visão, foi a integração da ciência de base, no estudo do mecanismo físico-químico de ação do tratamento, com um problema e aplicação real, depositando os revestimentos em condições mais brandas e de maneira eficiente em substratos antes problemáticos, que tornou o trabalho completo e interessante no âmbito científico (gerando conhecimento) e industrial (em aplicações com apelo de eficiência energética).
Boletim da SBPMat: – Em outra entrevista, você fala sobre ser cientista como estilo de vida, e não apenas como profissão. Conte-nos em que consiste esse estilo de vida que o atrai.
Leonardo Mathias Leidens: – Essa frase tem, fundamentalmente, duas justificativas. Primeiramente, e como já disse anteriormente, o método científico foi um dos aprendizados mais importantes que tive ao longo desses anos. Ele não é aplicado somente na pesquisa, mas em diversas atividades. Questionar e verificar tudo (por testes e comparações) são obrigações de um cientista, dentro e fora do laboratório. Por exemplo, em uma sociedade onde um número infindável de informações (de diferentes qualidades) está disponível, o rigor se torna necessário para comparar, selecionar e verificar o quão condizente com a realidade ou com fontes seguras elas são. Por outro lado, a ciência como um estilo de vida significa viver amplamente a ciência. Integrar uma comunidade diversificada, participar de projetos e trabalhos em parceria além de poder fazer a diferença em alguma área (por menor que seja ou pareça) se torna muito mais do que uma profissão. Finalmente, fazer parte de um grupo de pessoas que, com diferentes formações, histórias e objetivos, se une e trabalha em prol da geração de conhecimento e avanço da humanidade, mesmo com tantas dificuldades, me atrai, incentiva e orgulha.
Boletim da SBPMat: – Atualmente você está no primeiro ano de seu doutorado. Você chegou a pensar em algum projeto ou caminho profissional para depois do doutoramento?
Leonardo Mathias Leidens: – Meu orientador sempre nos sugere planejar os próximos cinco anos (pelo menos)… Nem sempre é fácil, principalmente em épocas pouco estáveis. Ainda no doutorado, gostaria de participar de um período sanduíche em uma universidade no exterior pois, tendo vivido essa experiência na graduação, percebo a importância ainda maior que ela teria para minha formação científica como doutor. Posteriormente, pretendo seguir no âmbito acadêmico, como pesquisador, em alguma instituição do país ou do exterior.
Boletim da SBPMat: – Convidamos você a deixar umas dicas para nossos leitores que estão realizando trabalhos de iniciação científica na área de Materiais, respondendo à pergunta “Como desenvolver um trabalho de destaque nacional?”.
Leonardo Mathias Leidens: – É difícil sugerir, diretamente, vias para produzir um trabalho de destaque pois, de certa forma, isso se torna consequência de um trabalho bem feito e não é fruto de uma “fórmula”. Entretanto, para chegar ao objetivo, posso dizer que é necessário tomar uma posição ativa na pesquisa, propondo, sem medo ou receio, ideias próprias bem fundamentadas para um problema da área, mesmo que no início seja difícil e desafiador para um aluno de graduação. Ao gerarmos as próprias perguntas, somos incentivamos a buscar as respostas e, se elas não estiverem disponíveis, propor vias para obtê-las. Dessa forma, com muito trabalho, dedicação e discussão científica é possível transformar um projeto em um trabalho de destaque que pode contribuir para o avanço de uma área específica e, de maneira mais extensiva, da sociedade. Entretanto, uma coisa é fundamental: não desanimar completamente quando as coisas não saem como o planejado. Quando estamos na fronteira do conhecimento, nem sempre o resultado obtido é o esperado – mas isso não pode coibir o avanço em novas tentativas. Falando de mim, como IC no Grupo Epipolé sempre tive a oportunidade de participar ativamente de projetos e discussões (e não apenas acompanhar estudantes de pós-graduação ou fazer trabalhos “mecânicos”, apesar dessas atividades também fazerem parte de qualquer bolsa de IC e possuírem sua importância), mesmo como estudante dos períodos iniciais da graduação, e aproveitei todos esses momentos. Isso foi fundamental para entender como a ciência é feita e me integrar ao grupo. Mesmo com maiores responsabilidades sendo geradas nessas interações, elas foram fundamentais para o crescimento, incentivo e formação de uma base que permitiu a proposta de minhas próprias ideias, depois de um tempo de estudo e prática. Para isso, a leitura de muitos artigos científicos também foi fundamental, além de estar sempre a par das novidades da área, mas sem esquecer de prestar a devida atenção aos alicerces científicos, ou seja, nos conceitos fundamentais.
Artigo em destaque: Controlando as propriedades eletrônicas de grafeno sobre carbeto de silício.
O artigo científico de autoria de membros da comunidade brasileira de pesquisa em Materiais em destaque neste mês é: Graphene on the oxidized SiC surface and the impact of the metal intercalation. J.E.Padilha, R.B.Pontes, F. Crasto de Lima, R. Kagimura, R. H. Miwa. Carbon, Volume 145, April 2019, Pages 603-613.
Controlando as propriedades eletrônicas de grafeno sobre carbeto de silício
Um estudo baseado em simulações realizadas em supercomputadores por uma equipe científica brasileira aponta um caminho para superar o desafio de controlar as propriedades eletrônicas do grafeno. Soluções a esse desafio podem fazer a diferença no desenvolvimento de dispositivos eletrônicos bidimensionais – dimensão na qual o grafeno, rede de átomos de carbono de um átomo de espessura, se destaca pelas suas propriedades.
De fato, o grafeno é um material extremamente resistente, leve, flexível e transparente. Além disso, ele é um excelente condutor do calor e da eletricidade. Contudo, ainda é difícil controlar no grafeno a concentração e o fluxo de cargas elétricas, o que limita seu uso na eletrônica.
Soluções para driblar essa limitação tecnológica do grafeno vêm sendo propostas. Algumas delas se baseiam na inserção de pequenas proporções de átomos metálicos que modulam as propriedades eletrônicas do material sem prejudicar as outras características. O método é semelhante à dopagem do silício, cotidianamente praticada na fabricação de semicondutores para a indústria eletrônica.
Recentemente reportado no periódico científico Carbon (fator de impacto 7,466), o trabalho da equipe brasileira investigou a estrutura e as propriedades eletrônicas de uma folha de grafeno sobre um substrato de carbeto de silício (SiC) – material frequentemente usado para depositar ou fazer crescer grafeno. Nesse sistema, o grafeno se mantém unido ao substrato sem ligações químicas, por meio de forças de atração fracas e dependentes da distância, chamadas de forças de Van der Waals.
Dado que, na produção de grafeno, a presença de oxigênio costuma oxidar a superfície do carbeto de silício, os cientistas brasileiros incluíram nas simulações uma camada de óxido de silício entre o grafeno e o substrato. Finalmente, com o objetivo de compreender detalhadamente o efeito da inserção de átomos metálicos em materiais desse tipo, os cientistas acrescentaram ao sistema, nas simulações, uma camada de átomos de ouro ou alumínio, embutida na camada de óxido (no caso, Si2O5), na região da interface com o grafeno.
Por meio das simulações, os pesquisadores constataram que a presença da camada metálica modula a concentração dos portadores de cargas positivas (os chamados buracos) e negativas (os elétrons), tanto na folha de grafeno quanto no Si2O5. Além disso, os átomos de ouro e alumínio embutidos no Si2O5, que é semicondutor, induzem a formação de regiões condutoras na superfície dessa camada, nas quais se concentra o excesso de elétrons ou de buracos induzido pela presença do ouro ou do alumínio, respectivamente. Como resultado, formam-se, na superfície do Si2O5, canais condutores pelos quais fluem as cargas.
![Esta série de mapas bidimensionais mostra as concentrações de elétrons e buracos na folha de grafeno nos dois sistemas de grafeno sobre a superfície de carbeto de silício terminado em Si [(a) e (c)] e terminado em C [(b) e (d)]; na presença de uma monocamada de alumínio [(a) e (b)] e o outro contendo uma camada de ouro [(c) e (d)].](https://www.sbpmat.org.br/site/wp-content/uploads/2019/06/dopagem-grafeno.jpg)
A partir dessas evidências, que foram obtidas, principalmente, por meio de simulações computacionais baseadas na Teoria do Funcional da Densidade, o trabalho sugere um caminho para controlar a concentração e o fluxo de cargas elétricas em folhas de grafeno sobre substratos de carbeto de silício. O estudo também mostra que o sistema estudado (folha de grafeno sobre carbeto de silício oxidado com camada metálica intercalada) pode ser uma boa plataforma para fazer engenharia de propriedades eletrônicas.
“A principal contribuição do trabalho é mostrar uma forma eficiente de controlar as propriedades eletrônicas do grafeno sobre uma superfície sólida recoberta com uma camada metálica, mediante a aplicação de um campo elétrico externo”, diz o professor Roberto Hiroki Miwa (Universidade Federal de Uberlândia, UFU), autor correspondente do artigo da Carbon. “Mostramos que, além de controlar o nível de dopagem do grafeno, o que é fundamental para desenvolvimento de dispositivos eletrônicos em sistemas bidimensionais (2D), a presença da monocamada metálica permite a formação de canais condutores na superfície do carbeto de silício”, completa. De acordo com Miwa, o estudo pode contribuir para o desenvolvimento de sensores, transistores e outros dispositivos eletrônicos mais rápidos e precisos quanto ao transporte de carga e a emissão de sinais.
O início do trabalho foi motivado pelo interesse dos professores da UFU Roberto Hiroki Miwa e Ricardo Kagimura em entender as interfaces grafeno/óxidos no nível atômico. O foco do estudo foi amadurecendo conforme os autores se aprofundavam na literatura científica. À medida que o volume e complexidade dos cálculos foram aumentando, a dupla envolveu novos colaboradores: um estudante do doutorado em Física da UFU (Felipe David Crasto de Lima) e professores de outras instituições (José Eduardo Padilha de Sousa, da Universidade Federal do Paraná – campus Jandaia do Sul, e Renato Borges Pontes, da Universidade Federal de Goiás).
Para realizar os cálculos que embasam as simulações, os autores utilizaram recursos computacionais do Centro Nacional de Processamento de Alto Desempenho em São Paulo (CENAPD) e do supercomputador SDumont do Laboratório Nacional de Computação Científica (LNCC). O trabalho contou com financiamento das agências federais CNPq e CAPES e da estadual FAPEMIG (Minas Gerais).