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ACS Publications premiará os melhores trabalhos de estudantes do XVI B-MRS Meeting.

Posted on quinta-feira 29 de junho de 2017

Estão abertas até 14 de agosto as inscrições para concorrer aos prêmios para estudantes de graduação e pós-graduação que apresentarão trabalhos no XVI Encontro da SBPMat/B-MRS Meeting. Além do tradicional “Bernhard Gross Award”, da SBPMat/B-MRS, esta edição do evento contará com prêmios da editora da American Chemical Society (ACS), responsável por uma série de periódicos muito prestigiados na comunidade de pesquisa em Materiais.

O Bernhard Gross Award, prêmio instaurado pela SBPMat em homenagem ao pioneiro da pesquisa em Materiais Bernhard Gross, distinguirá os melhores trabalhos – até 1 oral e 1 pôster – de cada simpósio.

Dentre os trabalhos vencedores do Bernhard Gross Award, serão selecionados os três melhores pôsteres e os três melhores orais para receberem o “ACS Publications Best Poster Prize” e o “ACS Publications Best Oral Presentation Prize”, respectivamente. Os prêmios consistirão em U$S 500 para cada trabalho vencedor, além do certificado. O prêmio da ACS será patrocinado por alguns renomados periódicos da editora: ACS Applied Materials & Interfaces, ACS Nano, Nano Letters, Chemistry of Materials, JACS e ACS Omega.

Para concorrer aos prêmios para estudantes, basta submeter, por meio do sistema de submissões do evento, um resumo estendido, elaborado conforme template disponível nas instruções para autores. Os trabalhos serão avaliados pela qualidade dos resumos estendidos e das apresentações, bem como por sua contribuição à ciência e/ou tecnologia.

O anúncio dos vencedores e a entrega dos prêmios ocorrerão no encerramento do XVI B-MRS Meeting, no dia 14 de setembro. Os prêmios só serão outorgados se os estudantes autores dos trabalhos ganhadores estiverem presentes na cerimônia.

Seis periódicos da ACS patrocinarão os prêmios para as melhores contribuições de estudantes.
Seis periódicos da ACS patrocinarão os prêmios para as melhores contribuições de estudantes.

Interviews with plenary speakers of the XV Brazil-MRS Meeting: Paul S. Weiss (UCLA, USA).

Posted on quinta-feira 15 de setembro de 2016

paul-weissTaking precise measurements of atoms and molecules. Accurately control molecules so that they form specific nanostructures or work together to achieve desired results. The nanoscientist Paul Weiss will address this and much more at the XV Brazil-MRS Meeting. Weiss is Professor at the University of California, Los Angeles (UCLA) and editor-in-chief of ACS Nano journal. At the annual SBPMat event, in addition to delivering the plenary lecture, Weiss will also participate in a roundtable to discuss scientific publication along with the public and editors of other journals.

Paul Weiss received his S.B and S.M degrees in Chemistry from the Massachusetts Institute of Technology in 1980, after conducting research in high-resolution laser spectroscopy. His doctoral research, also in Chemistry at the University of California at Berkeley, was about excited atom reactions in crossed molecular beams.

In 1986, the year he concluded his PhD, his advisor, Yuan T. Lee, was awarded the Nobel Prize in Chemistry for his contribution to the study of the dynamics of chemical elementary processes. Soon after his doctorate, Weiss began working at Bell Laboratories as a post-doc studying the effects of surface chemistry and gas-surface collisions on semiconductor surface electronic properties. In 1988, he worked at IBM Almaden Research Center, where he remained as a visiting scientist until the following year. There his work was on scanning tunneling microscopy (STM) with one of the STM pioneers, Donald Eigler. STM, which lead to a major breakthrough in nanotechnology by enabling the manipulation of individual atoms and molecules, would become one of Weiss’s favorite techniques.

In 1989, Weiss joined the faculty of Pennsylvania State University (PennState), where he continued his work with STM, expanding the technique and studying atoms and molecules. From 2001 to 2002 he was the director of the Center for Molecular Nanofabrication and Devices of PennState. In 2005 he was designated Distinguished Professor of Chemistry and Physics departments at the university.

It was also at PennState that Weiss met the scientist Anne Andrews, with whom he is married to this day. Andrews was responsible for convincing Weiss to apply his expertise and knowledge on nanoscience in the study of the human brain. In this field, and in collaboration with Andrews and other scientists, Weiss has been committed to developing tools to study the interactions between neurons, which take place through electrical and chemical signals in nanometric spaces.

Concomitantly, Paul Weiss participated in the creation of the scientific journal ACS Nano (2015 impact factor of 13,334) and has been editor in chief since the journal’s first edition, published in August 2007. In 2008, the journal received a major distinction, the PROSE Award for Best New Journal in Science, Technology, and Medicine from the Association of American Publishers.

In 2009, he joined the University of California, Los Angeles (UCLA), where he was named Distinguished Professor of Chemistry & Biochemistry. Furthermore, he received, until 2014, the Fred Kavli Chair in Nanosystems Sciences and the directorship of the California NanoSystems Institute, a multidisciplinary institute of research and innovation in nanoscience and nanotechnology. Weiss has also been leading at UCLA a research group that gathers together chemists, physicists, biologists, materials scientists, electrical and mechanical engineers and computer scientists.

Paul Weiss was a visiting professor at the University of Washington (1996 – 1997) and at Kyoto University (1998 and 2000). In 2015, he was Distinguished Visiting Professor at the California Institute of Technology, and Visiting Scholar at Harvard University.

Paul Weiss has published over 300 papers and has approximately 20 patents. According to Google Scholar he has an h-index of 60 and more than 16,000 citations. He has given over 600 invited, plenary, keynote, and named lectures. Weiss has received many awards and distinctions for his research, teaching and scientific publishing. He is an elected senior fellow of IEEE, an elected fellow of the American Chemical Society, the American Physical Society, the American Association for the Advancement of Science, and the American Vacuum Society, and an honorary fellow of the Chinese Chemical Society.

He is currently Distinguished Professor in the Department of Chemistry & Biochemistry and the Department of Materials Science & Engineering at UCLA. He is also Visiting Professor at Nanyang Technological University and continues to work as editor in chief of ACS Nano. Paul S. Weiss also holds a UC Presidential Chair at UCLA.

Here is a brief interview with this speaker of the XV Brazil-MRS Meeting:

SBPMat newsletter: – In your opinion, what are your main contributions on the themes of your plenary lecture? Could you also share with us a couple of references pertaining to publications on these subjects?

Paul Weiss: – In our work, we explore the ultimate limits of miniaturization. We have assembled and operated the smallest switches and motors in the world. To do that, we have put together two sets of capabilities. First, we designed and applied new microscopes and microscopies that can simultaneously measure structure, function, and spectra, with submolecular resolution. In the other, we have developed the ability to place individual molecules into precisely controlled environments. We combine these to understand functional mechanisms and to design new molecules and assemblies to test our ideas.

Try these papers:

Controlling Motion at the Nanoscale: Rise of the Molecular Machines, J. M. Abendroth, O. S. Bushuyev, P. S. Weiss, and C. J. Barrett, ACS Nano 9, 7746 (2015). (Abstract or Article or PDF)

Molecular Switches and Motors on Surfaces, B. K. Pathem, S. A. Claridge, Y. B. Zheng, and P. S. Weiss, Annual Review of Physical Chemistry 64, 605 (2013). (Abstract or PDF)

From the Bottom Up: Dimensional Control and Characterization in Molecular Monolayers, S. A. Claridge, W.-S. Liao, J. C. Thomas, Y. Zhao, H. Cao, S. Cheunkar, A. C. Serino, A. M. Andrews, and P. S. Weiss, Chemical Society Reviews 42, 2725 (2013). (Abstract or Article or PDF)

SBPMat newsletter: –  You are part of the team that created ACS Nano, launched in 2007, right? Could you tell us which elements you attribute to the success of the journal, reflected in its impact factor and the awards received

Paul Weiss: – Yes, I was the founding editor-in-chief and continue in that role.

We decided to create a forward-looking journal in which we would lay out the challenges and opportunities for the field, in order to guide and to accelerate advances. We felt that while there are many journals that published communications in nanoscience and nanotechnology, there was not a strong journal that published comprehensive work, on which others could build. This situation, we decided, was holding back our field. We set out to find the most diverse set of curious editors from different fields and we set the journal up to be extremely fast and fair to all authors. Only scientists make decisions and it takes at least two scientists to make decisions to decline manuscripts. Our editors have conversations every day on where the field is going and what are true advances. We have made it intellectually stimulating for ourselves and we believe also for our readers. The result is that we can see the real impact on the worlds of science, engineering, medicine, and beyond. We published the technology roadmaps proposing the BRAIN Initiative in the US and beyond and the new Microbiome Initiative. Stay tuned for more!

Nanotools for Neuroscience and Brain Activity Mapping, A. P. Alivisatos, A. M. Andrews, E. S. Boyden, M. Chun, G. M. Church, K. Deisseroth, J. P. Donoghue, S. E. Fraser, J. Lippincott-Schwartz, L. L. Looger, S. Masmanidis, P. L. McEuen, A. V. Nurmikko, H. Park, D. S. Peterka, C. Reid, M. L. Roukes, A. Scherer, T. J. Sejnowski, K. L. Shepard, D. Tsao, G. Turrigiano, P. S. Weiss, C. Xu, R. Yuste, and X. Zhuang, ACS Nano 7, 1850 (2013). (Abstract or Article or PDF)

Tools for the Microbiome: Nano and Beyond, J. S. Biteen, P. C. Blainey, M. Chun, G. M. Church, P. C. Dorrestein, S. E. Fraser, J. A. Gilbert, J. K. Jansson, R. Knight, J. F. Miller, A. Ozcan, K. A. Prather, E. G. Ruby, P. A. Silver, S. Taha, G. van den Engh, P. S. Weiss, G. C. L. Wong, A. T. Wright, and T. D. Young, ACS Nano 10, 6 (2016). (Abstract or Article orPDF)

SBPMat newsletter: –  Please leave an invitation to our readers to attend your plenary lecture “Cooperative Function in Atomically Precise Nanoscale Assemblies” in the XV Brazil-MRS Meeting.

Paul Weiss: – I hope you will join me at the XV Brazil-MRS Meeting for a discussion of how we can explore and understand function at the nanoscale and what it teaches us about the world around us.

Link to the abstract of the XV B-MRS Meeting plenary talk “Cooperative Function in Atomically Precise Nanoscale Assemblies”: http://sbpmat.org.br/15encontro/speakers/abstracts/3.pdf

Artigo em destaque: cristais ultrapequenos com cascas de espessura controlada.

Posted on terça-feira 29 de abril de 2014

O artigo científico com participação de membros da comunidade brasileira de pesquisa em Materiais em destaque neste mês é:

Anielle Christine A. Silva, Sebastião W. da Silva,  Paulo C. Morais, and Noelio O. Dantas. Shell thickness modulation in ultrasmall CdSe/CdS(x)Se(1-x)/CdS core/shell quantum dots via 1-thioglycerol. ACS Nano, 2014 Feb 25; 8(2):1913-22. DOI: 10.1021/nn406478f.

Texto de divulgação:

Cristais ultrapequenos com cascas de espessura controlada.

Quando o professor da Universidade Federal de Uberlândia (UFU) Noelio Oliveira Dantas ideou uma nova metodologia para sintetizar pontos quânticos (cristais semicondutores de apenas alguns nanometros de tamanho), ele estava investigando rotas de fabricação dos minúsculos cristais visando aplicações biotecnológicas. Dessa maneira, o Laboratório de Novos Materiais Isolantes e Semicondutores que o professor Dantas coordena na UFU buscava atender demandas da Rede Nanobiotec- Brasil, programa da Capes destinado a promover a pesquisa em nanobiomateriais.

Representação de um ponto quântico obtido pelo método reportado no artigo.

Entretanto, os resultados superaram as expectativas iniciais. Além de gerar pontos quânticos ultrapequenos, compostos, basicamente, por um núcleo de seleneto de cádmio (CdSe) e uma casca de sulfeto de cádmio (CdS), o novo método, barato e altamente reproduzível, surpreendeu pela sua capacidade de controlar a espessura da casca dos pontos quânticos, uma novidade com relação a outras rotas conhecidas.

O trabalho foi desenvolvido durante a pesquisa de doutorado direto (sem mestrado prévio) que Anielle Christine Almeida Silva desenvolve no Instituto de Física da UFU, com orientação do professor Dantas e bolsa da Capes – Rede Nanobiotec. Alguns resultados da pesquisa foram publicados neste ano pelo periódico ACS Nano, num artigo assinado pela doutoranda e o orientador, junto a dois colaboradores da Universidade de Brasília, os quais contribuíram com a caracterização dos pontos quânticos por espectroscopia Raman e participaram da discussão dos resultados.

O trabalho

“A principal contribuição científica deste artigo é a proposta de uma nova metodologia de síntese, via solução aquosa, que permitiu o controle da espessura da casca de CdS em pontos quânticos ultrapequenos de CdSe em função da concentração de 1-tioglicerol”, resume Anielle, que, neste dias, defende sua tese de doutorado. Mais detalhadamente, os pesquisadores descobriram que, enquanto menores concentrações de 1-tioglicerol limitam o crescimento do núcleo dos pontos quânticos, maiores quantidades do composto promovem o crescimento controlado da sua casca.

Os cristais ultrapequenos obtidos apresentaram medidas de menos de 2 nm no núcleo e de 0,50 a 1,25 nm na casca. Para calcular estas medidas a partir de espectros obtidos pela técnica Raman, os autores do artigo utilizaram um modelo de confinamento de fônons com modificações propostas por eles mesmos e mais um autor em outro artigo publicado em 2013 (Anielle Christine Almeida Silva; Ernesto Soares de Freitas Neto; Sebastião William da Silva; Paulo Cesar de Morais; Noelio Oliveira Dantas. Modified Phonon Confinement Model and its Application to CdSe/CdS Core-Shell Magic-Sized Quantum Dots Synthesized in Aqueous Solution by a New Route. Journal of Physical Chemistry. C, v. 117, p. 1904-1914, 2013.).

Quanto às aplicações biotecnológicas inicialmente visadas, os autores explicam que estes pontos quânticos obtidos pela nova rota são promissores devido a sua capacidade de se dispersar facilmente em meios aquosos. De acordo com os cientistas, a estrutura dos cristais ultrapequenos obtidos, semelhante à de um sanduíche com duas fatias de pão e um fino recheio, pode contribuir à maior eficiência quântica e estabilidade dos pontos quânticos em meios biológicos. Para mais informações sobre estas aplicações, os cientistas indicam outro artigo: Anielle Christine Almeida Silva; Samantha Luara Vieira de Deus; Marcelo José Barbosa Silva; Noelio Oliveira Dantas. Highly Stable Luminescence of CdSe Magic-Sized Quantum Dots in HeLa Cells. Sensors and Actuators. B, Chemical, v. 191, p. 108-114, 2014.

Artigo em destaque. Espalhamento de elétrons e buracos em grafeno: efeito do oxigênio evidenciado.

Posted on sexta-feira 29 de novembro de 2013

O artigo científico de membros da comunidade brasileira de pesquisa em Materiais em destaque neste mês é:

Ive Silvestre, Evandro A. de Morais, Angelica O. Melo, Leonardo C. Campos, Alem-Mar B. Goncalves, Alisson R. Cadore, Andre S. Ferlauto, Helio Chacham, Mario S. C. Mazzoni, and Rodrigo G. Lacerda. Asymmetric Effect of Oxygen Adsorption on Electron and Hole Mobilities in Bilayer Graphene: Long- and Short-Range Scattering Mechanisms. ACS Nano, 2013, 7 (8), pp 6597–6604. DOI: 10.1021/nn402653b.

Texto de divulgação

Espalhamento de elétrons e buracos em grafeno: efeito do oxigênio evidenciado

Um trabalho sobre propriedades eletrônicas do grafeno totalmente desenvolvido no Brasil com a participação de dez pesquisadores brasileiros rendeu um artigo publicado na prestigiosa revista ACS Nano.

A equipe investigou a mobilidade de portadores de carga no grafeno bicamada. No grafeno, o movimento tanto dos elétrons quanto dos “buracos” (partículas conceituais de carga positiva que equivalem à ausência de elétrons na rede cristalina) podem gerar correntes elétricas no material. Porém, a mobilidade de elétrons e buracos pode ser afetada pela existência de centros espalhadores de cargas. “O entendimento dos mecanismos de espalhamento de cargas no transporte elétrico do grafeno é fundamental para uma melhor otimização e eficiência dos dispositivos eletrônicos baseados neste material”, contextualiza Rodrigo Lacerda, professor do Departamento de Física da Universidade Federal de Minas Gerais e último autor do artigo. “Nesse contexto, a principal contribuição do nosso trabalho está relacionada à identificação simultânea de dois diferentes tipos de centros espalhadores de cargas que afetam o transporte elétrico em uma bicamada de grafeno”, precisa o professor.

Visando aplicar o grafeno em sensores de oxigênio, os pesquisadores decidiram investigar o efeito desse gás na mobilidade dos portadores de carga do grafeno bicamada. “Atualmente, existe uma grande demanda da indústria automotiva e na área biomédica por sensores de oxigênio que trabalhem em condições de temperatura ambiente e baixa potência”’, conta Lacerda. O grafeno, de acordo com o professor, possui um grande potencial para o desenvolvimento de uma nova classe de sensores rápidos, seletivos e ultrassensíveis.

O trabalho foi desenvolvido dentro da pesquisa de doutorado da estudante Ive Silvestre, orientada por Lacerda, e em conjunto com o doutor Evandro Morais, ambos primeiros autores do artigo. A tese da estudante foi defendida no início de novembro no Departamento de Física da UFMG. “Apesar de ainda termos carência em infraestrutura, nosso departamento é um dos líderes de pesquisa em nanomateriais de carbono, sendo, nos últimos anos, o centro coordenador de várias redes de pesquisa, como o INCT de Nanomateriais de Carbono coordenado pelo professor Marcos Pimenta”, diz o professor. “Graças a estas iniciativas, obtivemos as condições mínimas experimentais para a realização do trabalho”, completa.

Para realizar os experimentos, foi fabricado um dispositivo consistente em duas camadas de grafeno depositadas num substrato de óxido de silício. O dispositivo foi colocado numa câmara de testes na qual foram realizadas as medidas elétricas in situ a diversas temperaturas enquanto se introduzia e retirava o fluxo de oxigênio.

A figura acima mostra a mudança na mobilidade dos elétrons e dos buracos em função da interação da bicamada de grafeno com as moléculas de oxigêno. Inset: Dispositivo de bicamada de grafeno sob exposição de moléculas de oxigênio.

Os pesquisadores observaram que, num efeito de caráter reversível, o oxigênio reduzia significativamente a mobilidade dos elétrons enquanto aumentava a dos buracos. Buscando o aprofundamento na compreensão dos resultados experimentais, o grupo experimental da UFMG desenvolveu uma intensa colaboração com um grupo teórico do mesmo departamento e universidade, liderado pelos professores Mário Sérgio Mazzoni e Hélio Chacham. “Inúmeras discussões produtivas conjugadas à intensa verificação da literatura nos levaram ao entendimento mais profundo do problema, possibilitando a conclusão deste bonito trabalho”, relata Lacerda.

O trabalho faz uma contribuição importante ao tema da mobilidade de cargas no grafeno ao identificar a ação simultânea de dois tipos de centros espalhadores de cargas, os de longo alcance e os de curto alcance, sendo estes últimos de tipo ressonante. “Anteriormente ao nosso trabalho, não havia sido reportada experimentalmente na literatura uma evidência tão marcante da presença de centros ressonantes em grafeno (e bicamadas)”, destaca o professor Lacerda.

Quanto ao oxigênio, ele desempenha dois papeis fundamentais nos mecanismos de espalhamento descritos no artigo da ACS Nano. Por um lado, o oxigênio preso entre o grafeno e o óxido de silício age como barreira à ação de imperfeições do substrato que atuariam como centros de espalhamento de longo alcance e acaba aumentando a mobilidade dos buracos. Por outro lado, moléculas de oxigênio adsorvidas pelo grafeno exercem o papel de centros espalhadores ressonantes, os quais reduzem a mobilidade dos elétrons. “A assimetria que notamos para a mobilidade dos portadores na bicamada exposta às moléculas de oxigênio foi sem dúvida um aspecto relevante”, diz Lacerda. “Até então, as observações de que moléculas adsorvidas (provenientes de uma fonte externa como um gás) podiam exercer um papel de centros espalhadores do tipo ressonante era apenas prevista teoricamente”, conclui.

 

 

Artigo científico em destaque: Feitos um para o outro.

Posted on terça-feira 30 de abril de 2013

O artigo científico de membros da comunidade brasileira de pesquisa em Materiais em destaque neste mês é:

Uéslen Rocha, Carlos Jacinto da Silva, Wagner Ferreira Silva, Ilde Guedes, Antonio Benayas, Laura Martínez Maestro, Mónica Acosta Elias, Enrico Bovero, Frank C. J. M. van Veggel, José Antonio García Solé, and Daniel Jaque. Subtissue Thermal Sensing Based on Neodymium-Doped LaF3 Nanoparticles. ACS Nano, 2013, 7 (2), PP. 1188-1199. DOI: 10.1021/nn304373q.

 

Texto de divulgação: Feitos um para o outro.

Uma equipe de pesquisadores de instituições do Brasil, Canadá, Espanha e México reuniu as competências necessárias para realizar um trabalho de nanobiofotônica e avançar em suas aplicações biológicas, no campo da saúde. Os resultados da pesquisa foram publicados na edição de fevereiro do periódico ACS Nano.

Os cientistas analisaram diversas propriedades de nanopartículas de fluoreto de lantânio dopadas com neodímio (Nd3+:LaF3), provando que elas são sumamente adequadas para uma série de aplicações, principalmente para usá-las como nanotermômetros que atuam dentro de tecidos biológicos.

Realizar o monitoramento da temperatura dentro dos tecidos é essencial, por exemplo, em tratamentos contra o câncer que se baseiam no aquecimento (hipertermia) das células cancerígenas com o objetivo de matá-las ou enfraquecê-las. Nesses tratamentos por hipertermia, a temperatura local deve ser controlada de maneira precisa para minimizar os danos colaterais que podem se produzir nos tecidos saudáveis próximos ao alvo do tratamento.

O conhecimento da temperatura local dos tecidos também é uma ferramenta importante no diagnóstico precoce do câncer, desde que os tumores apresentam temperaturas singulares que, se detectadas, permitem localizá-los em estágios iniciais de desenvolvimento.

As nanopartículas

As nanopartículas de fluoreto de lantânio são sintetizadas de uma forma bastante simples e rápida e possuem um conjunto de propriedades interessantes. “É importante salientar que essas nanopartículas foram desenvolvidas e estudadas por nós buscando uma potencial aplicação biológica devido às suas propriedades ópticas”, destaca um dos autores do artigo, o professor Carlos Jacinto, da Universidade Federal de Alagoas (UFAL).

As nanopartículas em questão têm íons luminescentes (emitem fótons quando absorvem radiação), sendo os íons emissores os Nd3+ (neodímio). Quando estão em interação com sistemas biológicos, as emissões desse íon têm um desempenho notável em termos de luminescência, já que os fótons emitidos apresentam reduzidos efeitos de absorção por tecidos, água e sangue e sofrem pouco espalhamento dentro do tecido. Naturalmente, essas emissões dependem da matriz onde o íon está. Neste caso, o fluoreto de lantâneo (LaF3) apresenta certas propriedades que favorecem as emissões. Essas propriedades ópticas do íon podem ser ainda mais otimizadas acrescentando ao núcleo (core) dopado com terras raras (no caso, o neodímio) uma casca (shell) não dopada, sistema cientificamente conhecido como core-shell (sendo Nd3+:LaF3 o core, e LaF3 o shell).

Outra vantagem do sistema estudado é que ele não exige muita potência da fonte de radiação para ser excitado. “Os níveis de potências exigidos são mínimos e podemos usar lasers de diodo CW, que são baratos e comerciais”, afirma o professor Jacinto.

Além de terem bom desempenho luminescente em tecidos biológicos, as nanopartículas pesquisadas apresentam uma destacada capacidade como sensores térmicos, ou nanotermômetros. O princípio de funcionamento desses nanotermômetros se baseia na modificação de seu espectro de luminescência devido às variações térmicas. Assim, a análise do espectro gerado pela nanopartícula fornece informação sobre a temperatura local do sistema biológico na qual está incorporada, como ilustra esta figura:

Espectros de fotoluminescência em torno de 864 nm, das nanopartículas de LaF3 dopadas com Nd3+ nas temperaturas de 10 e 60 °C. Nota-se o deslocamento espectral relacionado à temperatura. Figura extraída do artigo científico em questão (Rocha et al. ACS Nano, 2013, 7, 1188).

Feitos um para o outro

Uma das descobertas mais positivamente surpreendentes veio quando a equipe de cientistas verificou experimentalmente que existia uma coincidência entre os comprimentos de onda bem aceitos pelo tecido biológico e os que possibilitavam uma boa excitação (cerca de 800 nm) e emissão de luminescência (cerca de 870 nm) por parte das nanopartículas. Essa característica permitiu que os pesquisadores obtivessem uma excitação e uma captação da emissão a uns 2 mm de profundidade dentro do tecido, o que pode ser considerado uma boa penetração.

Mais uma feliz coincidência foi apontada durante a pesquisa quando os cientistas observaram uma boa sensibilidade térmica das nanopartículas com relação às temperaturas da chamada “região biológica” (de 20 a 45 °C). Outros materiais apresentam essa sensibilidade (deslocamento espectral) com temperaturas muito altas ou muito baixas, não compatíveis com sistemas biológicos.

A partir dessa série de compatibilidades das nanopartículas de fluoreto de lantânio com tecidos biológicos, a equipe continuou avançando em seu uso em tratamentos por hipertermia.

Os cientistas montaram um aparato experimental composto por nanobastões de ouro agindo como aquecedores de tecidos e as nanopartículas em questão atuando como termômetros para monitorar a temperatura da hipertermia gerada. Nos experimentos foi usado, no lugar do tecido biológico, um material produzido artificialmente para imitar as propriedades ópticas de um tecido humano – um tecido fantoma.

O sistema apresentou mais uma característica muito positiva: tanto os nanotermômetros quanto os nanoaquecedores foram excitados de maneira eficiente e simultânea pela mesma radiação (de 808 nm de comprimento de onda) proveniente de um laser que foi direcionado para eles usando uma objetiva de microscópio. A luminescência gerada pelos nanotermômetros foi coletada com a mesma objetiva do microscópio, contribuindo com o caráter compacto do aparato experimental.

Representação esquemática do aparato experimental de hipertermia controlada. Um feixe de luz laser em 808 nm é focalizado numa solução aquosa contendo os nanobastões de ouro e as nanopartículas de Nd3+:LaF3. A solução é colocada debaixo de um tecido fantoma de 1 mm. Figura extraída do artigo científico em questão (Rocha et al. ACS Nano, 2013, 7, 1188).

Dessa maneira, os cientistas conseguiram provar a viabilidade de um sistema simples e, em princípio, econômico para hipertermia de tecidos biológicos com acompanhamento da temperatura em tempo real.

A equipe de trabalho

“Este é um trabalho científico bem completo na área de nanobiofotônica, ou seja, requer conhecimentos de fotônica, nanomateriais, sínteses, espectroscopia, biomedicina etc.”, afirma o professor Carlos Jacinto. Para a publicação do artigo na ACS Nano, a rede de cooperação científica montada para atender esses requerimentos incluiu grupos das seguintes instituições: a Universidade Federal de Alagoas (Brasil), que contribuiu com as medidas fototérmicas e espectroscópicas; a Universidade de Victoria (Canadá), na síntese dos nanomateriais; a Universidade Autônoma de Madrid (Espanha), com medidas espectroscópicas nos tecidos fantoma; a Universidade Federal do Ceará (Brasil), com algumas medidas espectroscópicas em aparelhos de alta sensibilidade, e a Universidade de Sonora (México), por meio da participação de uma pesquisadora na síntese dos tecidos fantoma.

O primeiro autor, Uéslen Rocha, é estudante de doutorado do professor Carlos Jacinto e foi o principal executor das medidas, muitas delas realizadas no marco de seu doutorado sanduíche na Universidade Autônoma de Madrid (UAM), instituição com a qual o professor Jacinto colabora desde 2005. “A UAM com seu quadro excelente e completo de pesquisadores em várias áreas tem possibilitado fazermos trabalhos bem mais completos”, comenta o professor.

Com o grupo da Universidade de Victoria, as colaborações iniciaram com o interesse do professor van Veggel, especialista em síntese de nanopartículas de fluoreto de lantânio dopadas com terras raras, nos trabalhos do professor Jacinto em medidas quantitativas de eficiência quântica de fluorescência usando técnica fototérmica. Atualmente, a síntese dos nanomateriais é feita na UFAL.

Continuidade da pesquisa

O professor Carlos Jacinto relata que a equipe chegou a investigar o nível de toxicidade do material das nanopartículas. “Vimos que ele é desprezível, sugerindo sua biocompatibilidade”, diz. “Também já fizemos experimentos in vivo e in vitro em outro trabalho, que está submetido para publicação e que contou com a participação de pesquisadores da área biomédica”, comenta. Porém, de acordo com o professor da UFAL, para se chegar à introdução das nanopartículas e nanobastões em seres humanos “muito precisa ser feito ainda, pois existem várias etapas, inclusive burocráticas, para serem vencidas”.

A importância do trabalho feito já tem sido reconhecida não somente pela publicação na prestigiada revista ACS Nano, mas também pelo destaque recebido na Chemical & Engineering News (C&E News).