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Tag: ciência de materiais
Boletim da SBPMat – edição 36.
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Entrevistas com palestrantes de plenárias do XIV Encontro: Nader Engheta.
Materiais fabricados com a aplicação do estado-da-arte da ciência e engenharia de materiais e da nanotecnologia podem fazer com que ondas eletromagnéticas como a luz se comportem de modo extraordinário… e útil para aplicações em diversos segmentos.
Para falar sobre esse assunto, o XIV Encontro da SBPMat contará com a presença do professor Nader Engheta (Universidade de Pennsylvania, EUA), um reconhecido líder mundial da pesquisa em metamateriais – materiais criados pelo ser humano por meio de micro ou nanoengenharia, que interagem com as ondas eletromagnéticas de modos não encontrados na natureza. Os metamateriais podem esculpir as ondas para conseguir interações extraordinárias entre luz e matéria.
No Rio de Janeiro, Engheta falará sobre cenários “extremos” gerados a partir de metamateriais: luz viajando em máxima velocidade através de estruturas artificiais, dispositivos ópticos de um átomo de espessura, metamateriais que realizam operações matemáticas, circuitos miniaturizados – ópticos em vez de eletrônicos – compostos por metamateriais, e estruturas com índice de refração próximo de zero.
Já na sua infância em Teerã (capital do Irã), Nader Engheta desenvolveu uma curiosidade especial por compreender fenômenos relacionados a ondas. Foi essa curiosidade que o impulsionou a cursar a graduação em Engenharia Elétrica na Universidade de Teerã, obtendo o diploma de “Bachelor of Science”. Em 1978, foi aos Estados Unidos para continuar com a sua formação em Engenharia Elétrica no prestigiado Instituto de Tecnologia de California (Caltech). Inicialmente obteve o título de mestre e, em 1982, defendeu sua tese de doutorado, da área de eletromagnetismo. Depois de um pós-doutorado na mesma instituição, Engheta atuou como cientista na indústria por quatro anos, trabalhando novamente com eletromagnetismo.
Em 1987, foi contratado pela Universidade de Pennsylvania (Penn), onde ascendeu rapidamente na carreira de professor. Desde 2005, ocupa a cátedra H. Nedwill Ramsey de Engenharia Elétrica e de Sistemas, além de lecionar nos departamentos de Engenharia Elétrica e de Sistemas, de Física e Astronomia, Bioengenharia e Ciência e Engenharia de Materiais. Engheta é coeditor do livro “Metamaterials: Engineering and Physics Explorations“, da editora Wiley-IEEE, lançado em 2006, e autor de 28 capítulos de livros. Em 2012, foi coordenador da Gordon Research Conference on Plasmonics.
Dono de um número H de 69 segundo o Google Scholar, Engheta tem mais de 21.400 citações.
Suas contribuições à ciência e engenharia têm recebido importantes reconhecimentos e distinções de diversas entidades, como a sociedade internacional de óptica e fotônica, SPIE (“2015 SPIE Gold Medal”), a união internacional de ciência de rádio, URSI (“2014 Balthasar van der Pol Gold Medal”) e a organização internacional profissional de engenheiros elétricos e eletrônicos, IEEE (“2015 IEEE Antennas and Propagation Society Distinguished Achievement Award“, “2013 Benjamin Franklin Key Award”, “2012 IEEE Electromagnetics Award”, “IEEE Third Millennium Medal”), entre muitas outras entidades. Ele também é fellow da Materials Research Society (MRS), American Physical Society (APS), Optical Society of America (OSA), American Association for the Advancement of Science (AAAS), SPIE, and IEEE. Engheta também recebeu vários prêmios por sua atuação no ensino. Em 2006, a prestigiada revista de divulgação científica Scientific American o escolheu como um dos 50 líderes em ciência e tecnologia por seu desenvolvimento de nanocircuitos ópticos inspirados em metamateriais.
Segue uma entrevista com este plenarista do XIV Encontro da SBPMat.
Boletim da SBPMat: – Em sua opinião, quais são suas contribuições mais significativas nos temas relacionados à sua palestra plenária no XIV Encontro da SBPMat? Explique-as muito brevemente, por favor, e, se possível, compartilhe referências dos artigos ou livros resultantes, ou comente se esses estudos produziram patentes, produtos, empresas derivadas etc.
Nader Engheta: – Eu tenho muito interesse na interação luz-matéria, e no meu grupo nós exploramos diferentes métodos para manipular e otimizar a interação de ondas com estruturas materiais, tanto no domínio óptico como no das microondas. Estou muito feliz com todos os tópicos de pesquisa nos quais o meu grupo e eu temos trabalhado. Alguns desses tópicos incluem (1) O nanocircuito metatrônico óptico, no qual nós trouxemos a noção de elementos de circuito “aglomerado” (“lumped”) da eletrônica para o campo da nanofotônica, desenvolvendo um novo paradigma no qual as nanoestruturas materiais podem funcionar como elementos de circuito óptico. Em outras palavras, “materiais se tornam circuitos” operando com sinais ópticos. Dessa forma, a nanofotônica pode ser modulada de uma maneira análoga à da eletrônica. Isso permite processar sinais ópticos em nanoescala, (2) Metamateriais que podem fazer matemática: dando sequência a nosso trabalho em metatrônica óptica, nós estamos explorando como materiais projetados adequadamente (ex. materiais em camadas) podem interagir com luz de tal forma que seja possível realizar operações matemáticas com luz. Em outras palavras, nós estamos explorando as seguintes questões: Os materiais podem ser especialmente projetados para realizar processamento analógico com a luz em nanoescala? Na medida em que a luz propaga através de tais estruturas materiais projetadas adequadamente, os perfis dos sinais de saída poderiam se assemelhar aos resultados de certas operações matemáticas (tal como diferenciação ou integração) nos perfis dos sinais de entrada? Em outras palavras, nós podemos projetar materiais para operações matemáticas específicas para realizar um “cálculo fotônico” em nanoescala? (3) Cenários extremos na interação luz-matéria: isso pode incluir dimensionalidade extrema, como fotônica de grafeno como plataforma com espessura de um átomo para manipulação de luz, metamateriais extremos no qual parâmetros materiais tais como permissividade relativa e permeabilidade relativa atinjam valores próximos do zero. Essa categoria de materiais, que nós nomeamos materiais épsilon-próximo-do zero, mu-próximo do zero (MNZ) e épsilon-e-mu-próximo do zero (EMNZ) exibem características bastante interessantes em sua resposta à interação com ondas eletromagnéticas.
Referências:
- N. Engheta, “Circuits with Light at Nanoscales: Optical Nanocircuits Inspired by Metamaterials”, Science, 317, 1698-1702 (2007).
- N. Engheta, A. Salandrino, A. Alu, “Circuit Elements at Optical Frequencies: Nano-Inductor, Nano-Capacitor, and Nano-Resistor,” Physical Review Letters, 95, 095504 (2005).
- N. Engheta, “Taming Light at the Nanoscale,” Physics World , 23(9), 31-34 (2010).
- A. Vakil and N. Engheta, “Transformation Optics Using Graphene,” Science, 332, 1291-1294 (2011).
- A.Silva, F. Monticone, G. Castaldi, V. Galdi, A. Alu, and N. Engheta, “”Performing Mathematical Operations with Metamaterials,” Science, 343, 160-163 (2014).
- M. G. Silveirinha and N. Engheta, “Tunneling of Electromagnetic Energy through Sub-Wavelength Channels and Bends Using Epsilon-Near-Zero (ENZ) Materials,” Physical Review Letters, 97, 157403 (2006).
- N. Engheta, “Pursuing Near-Zero Response”, Science, 340, 286-287 (2013).
- A.M. Mahmoud and N. Engheta, “Wave-Matter Interaction in Epsilon-and-Mu-Near-Zero Structures”, Nature Communications, 5:5638, December 5, 2014.
Boletim da SBPMat: – Ajude-nos a visualizar os metamateriais desenvolvidos por seu grupo. Escolha um de seus materiais fotônicos favoritos e conte-nos, brevemente, do que ele é feito, qual sua propriedade principal e quais seriam suas possíveis aplicações.
Nader Engheta: – Uma das estruturas desenvolvidas pelo meu grupo é o nanocircuito metatrônico para regime de IV médio (de 8 a 14 mícrons), no qual nós adaptamos e construímos adequadamente nanobastões de Si3N4 com larguras e espessuras específicas, separados por um espaço específico. Esses arranjos de nanobastões de Si3n4 funcionam como coleções de nanoindutores ópticos, nanocapacitores ópticos e nanorresistores ópticos no IV médio. Nós demonstramos que tais estruturas se comportam como circuitos ópticos de nanoescala, com funcionalidade análoga aos filtros eletrônicos, mas aqui essas estruturas materiais operam em regimes de IV médio. Nós demostramos como essas estruturas operam como filtros ópticos no IV médio, oferecendo aplicações interessantes para futuros dispositivos e componentes ópticos integrados.
Referência:
- Y. Sun, B. Edwards, A. Alu, and N. Engheta, “Experimental Realization of Optical Lumped Nanocircuit Elements at Infrared Wavelengths,” Nature Materials, 11, 208-212 (2012)
Posteriormente, em colaboração com a minha colega professora Cherie Kagan e seu grupo na UPenn, nós ampliamos esse trabalho para o regime próximo ao IV (de 1 a 3 mícrons). Nesse caso, nós usamos o óxido de índio dopado com estanho (ITO) como o material de escolha, com projeto e padrão adequado de nanobastões de ITO. Nós também demonstramos que tais circuitos metatrônicos óticos baseados em ITO funcionam como uma plataforma interessante para circuitos e filtragem óptica. Isso pode ter interessantes possibilidades na fotônica de silício.
Referência:
- H. Caglayan, S.-H. Hong, B. Edwards, C. Kagan, and N. Engheta, “Near-IR Metatronic Nanocircuits by Design,” Physical Review Letters, 111, 073904 (2013).
Boletim da SBPMat: – Se quiser, deixe uma mensagem ou convite para sua palestra plenária aos leitores que participarão do XIV Encontro da SBPMat.
Nader Engheta: – Uma das características mais excitantes de fazer ciência é a alegria da busca do desconhecido e a emoção da descoberta. Eu sempre acredito que nós devemos seguir nossa curiosidade e nossa paixão pela descoberta. Também, em ciência e tecnologia é importante manter o equilíbrio entre a complexidade e a simplicidade na busca por soluções às inquisições científicas.
Mais
Oportunidades para pesquisadores no LNLS.
Local: Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS) – Campinas, São Paulo, Brasil.
Regime de Contratação: CLT por prazo indeterminado.
Salário: A ser negociado dependendo da experiência do candidato.
Requisitos: 1. Sólida experiência em ciência de síncrotron utilizando técnicas de micro e nanosonda de varredura de raios-x. 2. Ph.D., licenciatura ou grau equivalente em Física, Biologia, Química ou uma disciplina relacionada, com ênfase no uso de técnicas de micro e nano-sonda de varredura de raios-x. 3. Experiência com design beamline e comissionamento. 4. Idioma: Nível avançado de Inglês. Português como adicional.
Breve descrição do trabalho: Os candidatos selecionados terão que realizar seus próprios projetos de pesquisa com difração de raios-x e espectroscopia, bem como estar envolvidos no projeto, construção e futura operação da linha de luz nano-sonda no Sirius (CARNAÚBA) sobre o funcionamento do raio-x nas linhas de luz de difração na atual 2ª geração de Fonte de Luz. Para mais informações sobre as atuais linhas de luz do LNLS, visite www.lnls.br
Interessados enviar CV, Carta de Motivação e Recomendação para elisa.turczyn@lnls.br. No campo assunto colocar “47834”, caso contrário o CV não será considerado.
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Localização: Laboratório Nacional de Luz Síncrotron localizado no CNPEM, em Campinas/ São Paulo, Brasil.
Posição: Pesquisador II.
Departamento: Linha DXAS – LNLS.
Atividades envolvidas: Como pesquisador, deverá desenvolver sua própria linha de pesquisa e preparar futuros experimentos para o projeto da Nova Fonte de Luz Síncrotron, Sirius. Espera-se que o candidato tenha sólida experiência em experimentos sob condições extremas (pressão e temperatura) e que possa ajudar de forma decisiva no projeto desses experimentos de condições extremas na linha de luz EMA do Sirius. Além disso, o candidato deverá fortalecer a equipe que mantém e opera as linhas de luz da atual fonte UVX com ênfase em experimentos envolvendo altas pressões e temperaturas.
Requisitos: Doutorado em Física, Química, Ciência de Materiais, Ciências da Terra, Biofísica, Engenharia. – Inglês Fluente.
Interessados, favor enviar CV e Carta de Apresentação/ Motivação e de Recomendação para elisa.turczyn@lnls.br. No campo assunto, colocar “Vaga 62220”
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Boletim da SBPMat – edição 35.
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XIV Encontro da SBPMat: 2.325 trabalhos aceitos para apresentação.
São 2.325 os trabalhos aceitos para apresentação, oral ou em forma de pôster, no XIV Encontro da SBPMat (Rio de Janeiro, 27 de setembro a 1º de outubro). O número é o maior da história dos encontros da sociedade. A quantidade de trabalhos submetidos foi de 2.444.
Neste ano o encontro conta com 26 simpósios temáticos, 2 workshops (sobre nanofabricação e eletrônica orgânica na indústria) e 1 simpósio organizado por estudantes que pertencem aos university chapters (UCs) da SBPMat. Os simpósios com mais trabalhos aceitos (mais de 200 resumos aceitos) são o simpósio C, sobre caracterização e aplicações de nanomateriais, com 272 trabalhos, e o simpósio S, sobre materiais para o desenvolvimento sustentável, com 253 trabalhos.
Prêmio Bernhard Gross
Entre os trabalhos aceitos, aqueles submetidos por autores que são estudantes de graduação ou pós-graduação poderão concorrer ao Prêmio Bernhard Gross, que distinguirá os melhores trabalhos de cada simpósio (no máximo, um oral e um pôster). Para participar do prêmio, os autores deverão submeter um resumo estendido, conforme as instruções e o modelo que constam no site do evento, até o dia 21 de agosto.
Sobre o evento
O encontro anual da SBPMat é um tradicional fórum internacional dedicado aos recentes avanços e perspectivas em ciência e tecnologia de Materiais. Nas últimas edições, o evento tem reunido mais de 1.500 participantes das cinco regiões do Brasil e de dezenas de outros países para apresentação e discussão de trabalhos de pesquisa científica e tecnológica na área de Materiais. O evento conta também com palestras plenárias de pesquisadores mundialmente destacados e com expositores do interesse da comunidade de Materiais.
Gente da nossa comunidade: entrevista com o cientista Marcelo Knobel.
Pesquisa científica, materiais magnéticos, divulgação científica e ensino superior seriam, talvez, as expressões maiores numa nuvem de tags que representasse o professor Marcelo Knobel.
Nascido em Buenos Aires (Argentina) em 1968, Marcelo Knobel veio morar no Brasil, mais precisamente em Campinas (SP), aos 8 anos de idade, acompanhando os pais dele, a psicóloga Clara Freud de Knobel e o psiquiatra Maurício Knobel. A família estava escapando do golpe de estado que acabara de instaurar no poder, na Argentina, uma ditadura militar que demitira Maurício da Universidade de Buenos Aires (UBA). No Brasil, que também estava governado por uma ditadura militar, Maurício tinha sido contratado pela Universidade Estadual de Campinas (Unicamp).
Dez anos depois da chegada a Campinas, Marcelo Knobel ingressou na Unicamp para fazer a graduação em Física. Em paralelo aos estudos, começou a trabalhar com propriedades magnéticas de materiais como bolsista de iniciação científica. Finalizado o bacharelado, Knobel permaneceu na Unicamp para realizar o doutorado na mesma área, obtendo o diploma de doutor em Física ao defender sua tese sobre magnetismo e estrutura de materiais nanocristalinos em 1992. Na sequência, partiu para a Europa, onde realizou dois estágios de pós-doutorado; um deles no Istituto Elettrotecnico Nazionale Galileo Ferraris, da Itália, e o outro no Instituto de Magnetismo Aplicado, na Espanha.
De volta ao Brasil e à Unicamp, em 1995, Marcelo Knobel começou sua carreira de professor e pesquisador do Instituto de Física Gleb Wataghin (IFGW). De 1999 a 2009 foi coordenador do Laboratório de Materiais e Baixas Temperaturas, onde atua como pesquisador até o presente, sempre investigando magnetismo e materiais magnéticos. Junto a seus colaboradores do laboratório, Knobel realizou trabalhos pioneiros no estudo da magnetorresistência e magnetoimpedância gigante em determinados materiais – dois conceitos diferentes que se referem à oposição que um material oferece à passagem da eletricidade em consequência da aplicação de um campo magnético externo. Em 2008, Knobel tornou-se professor titular do Departamento de Física da Matéria Condensada do IFGW.
Na área de divulgação científica, Marcelo Knobel começou no ano 2000 a colaborar com as atividades de ensino e pesquisa do Laboratório de Estudos Avançados em Jornalismo (LABJOR), da Unicamp. Além disso, Knobel foi um dos criadores da NanoAventura, uma exposição interativa e itinerante sobre nanotecnologia que foi lançada em 2005 e foi visitada por mais de 50 mil pessoas, principalmente crianças, até o presente. A NanoAventura recebeu menções honrosas no Festival de Cine e Vídeo Científico do Mercosul (2006) e no Prêmio Mercosul de Ciência e Tecnologia (2015), além de um prêmio, em 2009, da Rede de Popularização da Ciência e da Tecnologia na América Latina e no Caribe (RedPOP). De 2006 a 2008, Knobel foi o primeiro diretor do Museu Exploratório de Ciências, ligado à Unicamp. Em 2008, tornou-se editor-chefe da revista Ciência & Cultura da Sociedade Brasileira para o Progresso da Ciência (SBPC), posição que ocupa até o presente. No campo editorial, Knobel coordena uma coleção de livros de divulgação científica da Editora Unicamp, chamada Meio de Cultura, lançada em 2008.
Em 2007 Marcelo Knobel recebeu o Young Scientist Prize da TWAS-ROLAC (escritório da América Latina e Caribe da academia mundial para o avanço da ciência em países em desenvolvimento), destinado a jovens cientistas da região. No mesmo ano, foi selecionado, junto a cerca de 50 pessoas de diferentes áreas de atuação e diversos países do mundo, para participar do programa Eisenhower Fellowships, que visa a reforçar o potencial de liderança de seus fellows. O grupo viajou pelos Estados Unidos durante 7 semanas cumprindo com uma agenda de reuniões e seminários. Em 2009, foi escolhido fellow da John Simon Guggenheim Memorial Foundation, recebendo recursos dessa fundação para o desenvolvimento de pesquisa.
De 2009 a 2013, foi pró-reitor de Graduação da Unicamp. Nesse cargo, foi responsável pela implantação do Programa Interdisciplinar de Educação Superior (ProFIS). O ProFIS é um curso de nível superior de 4 semestres que proporciona uma formação geral, multidisciplinar e crítica, e possibilita a seus egressos (ex-alunos de escolas públicas selecionados por suas boas notas no ENEM) que ingressem em cursos de graduação da Unicamp sem passar pelo vestibular. O programa foi distinguido em 2013 com o Prêmio Péter Murányi – Educação, destinado a ações que aumentem o bem-estar de populações do hemisfério sul.
Em 2010, com 42 anos de idade, Knobel foi laureado Comendador da Ordem do Mérito Científico pela Presidência da República.
Bolsista de produtividade 1A do CNPq, Marcelo Knobel publicou cerca de 300 artigos científicos em revistas internacionais com revisão por pares e 15 capítulos de livros sobre materiais e propriedades magnéticas, popularização da ciência, percepção pública da ciência e ensino superior. Também é autor de artigos sobre ciência e educação publicados em diversas mídias. Conta com 6.370 citações, segundo o Google Scholar.
Marcelo Knobel acaba de assumir, no dia 3 de agosto, o cargo de diretor do Laboratório Nacional de Nanotecnologia (LNNano), do Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM).
Segue uma breve entrevista com o cientista.
Boletim da SBPMat: – Conte-nos o que o levou a se tornar um pesquisador e a trabalhar na área de Materiais.
Marcelo Knobel: – Escolhi a área de Física pela curiosidade, sem saber direito o que isso significava. Mas já no primeiro semestre percebi que era aquilo mesmo que eu queria para a minha vida, tentando entender a natureza. Logo no início da graduação tive aula de laboratório com a professora Reiko Sato, que posteriormente me convidou para fazer iniciação científica em seu laboratório. Ela trabalhava com propriedades magnéticas de metais amorfos, e foi o tema de início de minha pesquisa. Depois, fiz o doutorado direto com ela também, já trabalhando com nanocristais, e posteriormente segui o pós-doutoramento na mesma área.
Boletim da SBPMat: – Quais são, na sua própria avaliação, as suas principais contribuições à área de Materiais?
Marcelo Knobel: – Venho atuando em sistemas magnéticos nanoscópicos, investigando principalmente as interações dipolares em nanossistemas magnéticos, utilizando diversas técnicas experimentais, modelos teóricos e simulações computacionais. Esses sistemas, além do interesse em pesquisa básica, possuem diversas aplicações possíveis, principalmente em sistemas de gravação magnética e nanomedicina. O grupo de pesquisa que ajudei a consolidar desenvolve novos materiais nanocristalinos e realiza estudos através do desenvolvimento de novas técnicas magnéticas, estruturais e de transporte. No âmbito dessas pesquisas, fomos pioneiros no estudo da magnetorresistência gigante em sistemas granulares e na investigação da magnetoimpedância gigante em fios e fitas amorfos e nanocristalinos. Mas tenho me dedicado também à divulgação científica, sendo um dos responsáveis pela criação do Museu Exploratório de Ciências da Unicamp. Fui o coordenador do projeto NanoAventura, que é uma exposição interativa e itinerante sobre nanociência e nanotecnologia para crianças e adolescentes. Atuo ainda em pesquisas na área de percepção pública da ciência, coordeno a série “Meio de Cultura” da Editora da Unicamp e atuo como editor chefe da revista Ciência & Cultura, da SBPC. Fui recentemente Pró-Reitor de Graduação da Unicamp, onde destaco a implantação do Programa Interdisciplinar de Educação Superior (ProFIS). Atualmente, estou iniciando um novo desafio, como Diretor do Laboratório Nacional de Nanotecnologia (LNNano).
Boletim da SBPMat: – Você tem uma atuação especialmente forte em divulgação da ciência e da cultura científica. Comente com os nossos leitores estudantes e pesquisadores qual é, para você, a importância de realizar esse tipo de atividade.
Marcelo Knobel: – Eu me tornei um cientista após ler livros e revistas de divulgação, e de visitar museus de ciências. Creio que devemos incentivar as novas gerações a pensar criticamente, a ter curiosidade, a buscar desvendar os mistérios que nos cercam. Para o Brasil é fundamental estimular jovens talentos para a ciência. Sem eles não teremos futuro… Além disso, é nossa obrigação prestar contas com a sociedade, que é quem financia a pesquisa científica nas universidades públicas e nos institutos de pesquisa. É importante mostrar a ciência que é realizada em nosso país, e a importância de seguir investindo, cada vez mais, em ciência e tecnologia.
Boletim da SBPMat: – Se desejar, deixe uma mensagem para os leitores que estão iniciando suas carreiras científicas.
Marcelo Knobel: – Não tenho dúvidas que é a paixão que deve guiar as carreiras de todos, e principalmente dos cientistas. Mas além da paixão, é necessária uma formação sólida, não só no conteúdo específico, mas também em habilidades pessoais, como trabalho em equipe, comunicação (incluindo português e inglês, redação científica) e cultura geral. A atividade científica exige esforço e dedicação, mas é recompensada, penso eu, por uma vida repleta de novos desafios e oportunidades.
Artigo em destaque: Biomaterial compósito promissor para regeneração de tecido ósseo.
O artigo científico com participação de membros da comunidade brasileira de pesquisa em Materiais em destaque neste mês é: Assisted deposition of nano-hydroxyapatite onto exfoliated carbon nanotube oxide scaffolds. Hudson Zanin, Cintia M. R. Rosa, Noam Eliaz, Paul W. May, Fernanda Roberta Marciano and Anderson O. Lobo. Nanoscale, v. 7, p. 10218-10232, 2015. DOI: 10.1039/C4NR07317G.
Biomaterial compósito promissor para regeneração de tecido ósseo.
Em um estudo realizado pelo Laboratório de Nanotecnologia Biomédica (NANOBIO) da Universidade do Vale do Paraíba (UniVap), em colaboração com cientistas do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) e de universidades de Israel e Reino Unido, foi fabricado um biomaterial que permitiu avançar na compreensão de fases da geração de tecido ósseo in vitro (fora do contexto biológico real). O material, de baixo custo, tem potencial para ser utilizado para acelerar a regeneração de tecido ósseo in vivo – o que pode ser útil no caso de fraturas ósseas, por exemplo. Os resultados do estudo foram recentemente publicados na revista científica Nanoscale, da Royal Society of Chemistry.
Em grandes linhas, a geração natural de tecido ósseo ocorre quando umas células chamadas osteoblastos produzem a parte orgânica do osso e, num segundo momento, depositam sobre ela a parte inorgânica, a hidroxiapatita, de fórmula química Ca5(PO4)3(OH). A deposição natural da hidroxiapatita é um processo de biomineralização (produção de minerais por parte de organismos vivos). A biomineralização ainda não é completamente compreendida, mas seu entendimento é de grande importância para o desenvolvimento de aplicações visando a regenerar tecido ósseo ou fixar implantes em ossos.
“O artigo colabora com o entendimento do processo de precipitação da hidroxiapatita carbonatada in vitro em curtos períodos de tempo sobre superfícies tridimensionais a base de nanohidroxiapatita, nanotubos de carbono verticalmente alinhados e grafeno”, diz o professor/pesquisador Anderson de Oliveira Lobo, engenheiro biomédico com mestrado e doutorado em Física e Química de Materiais, que assina o paper como autor correspondente.
Em colaboração com o grupo de Diamantes e Materiais Relacionados (DIMARE) do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), representado pelo pesquisador Evaldo José Corat, a equipe do NANOBIO, coordenada pelos professores Anderson de Oliveira Lobo e Fernanda Roberta Marciano, produziu arcabouços de nanotubos de carbono alinhados verticalmente. Os nanotubos passaram por um processo de oxidação superficial pela técnica de plasma etching, que exfoliou suas pontas, gerou óxido de grafeno e, dessa maneira, criou um ambiente mais propício para a formação de núcleos de nanohidroxiapatita na etapa seguinte da fabricação do material, a eletrodeposição. Essa técnica de deposição foi a escolhida porque, entre os métodos conhecidos, gera a apatita artificial mais similar à biológica em termos de microestrutura e dimensões. Para definir os parâmetros da eletrodeposição por meio de estudos eletroquímicos, os pesquisadores do Brasil pediram a colaboração de um especialista no assunto em nível mundial, o cientista Noam Eliaz da Universidade de TelAviv. Após a eletrodeposição, a equipe obteve um material compósito que manteve as propriedades biológicas da hidroxiapatita, com a vantagem de que a presença de nanotubos de carbono reforçou a dureza e resistência do material.
Posteriormente, os cientistas submergiram o material em fluído corporal simulado (um líquido que simula as condições do plasma sanguíneo e é comumente usado no estudo de biomateriais). Nessas condições, o material compósito, que é bioativo nesse tipo de líquido, formou espontaneamente uma camada de hidroxiapatita carbonatada, a qual, em conjunto com o arcabouço de nanotubos e os filmes de hidroxiapatita, compôs um novo material compósito.
Os pesquisadores puderam observar e estudar todo o processo de biomineralização em períodos de até 7 dias, e propuseram no artigo modelos para explicar diversas etapas. Nesse momento, mais precisamente na discussão do modelo químico de como ocorre a biomineralização do compósito, foi importante a participação do pesquisador Paul May, da Universidade de Bristol, junto a Hudson Zanin, pesquisador do Laboratório de Abastecimento e Fornecimento de Energia da UniVap que estava fazendo um pós-doutorado na universidade britânica.
A pesquisa não trouxe apenas avanços na compreensão da biomineralização in vitro. “A compreensão desse processo in vitro poderá ser associado ao processo de regeneração in vivo destes materiais”, comenta o professor Anderson Lobo. “Estudos in vitro com células osteoblásticas humanas e ensaios in vivo utilizando animais estão sendo realizados pelos orientandos de pós-graduação e pós-doutorandos do NANOBIO da UniVap”, completa.
As origens do estudo se encontram na pesquisa de doutorado de Lobo, realizada no Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA) e defendida em 2011, na qual ele conseguiu pela primeira vez sintetizar compósitos de nanotubos de carbono verticalmente alinhados e nanohidroxiapatita. A pesquisa contou ou conta com apoio financeiro de agências brasileiras de fomento à pesquisa: FAPESP, CNPq, FINEP e CAPES.
Entrevistas com palestrantes de plenárias do XIV Encontro: George Malliaras.
Avanços na compreensão do funcionamento do cérebro e no diagnóstico e tratamento de doenças neurológicas como a epilepsia e o Parkinson podem surgir com a ajuda da Ciência e Engenharia de Materiais. Mais precisamente, da Eletrônica Orgânica. De fato, materiais orgânicos com propriedades eletrônicas são ótimas interfaces entre os sinais que o cérebro emite e o exterior, seja para analisar a atividade cerebral ou para interferir nela.
O assunto será abordado em uma palestra plenária do XIV Encontro da SBPMat, a cargo do professor George Malliaras, diretor do departamento de Bioeletrônica da Ecole Nationale Supérieure des Mines de Saint-Étienne (França), onde físicos, engenheiros de materiais, engenheiros eletrônicos, biólogos e neurocientistas trabalham em conjunto.
Malliaras gradou-se em Física em 1991 pela Universidade Aristóteles (Grécia). Realizou seu doutorado nos Países Baixos, na Universidade de Groningen, em Matemática e Ciências Físicas. Sua tese sobre fotorrefratividade de polímeros lhe valeu uma distinção da universidade (cum laude). Depois do doutorado, defendido em 1995, mudou-se para os Estados Unidos. Fez dois anos de pós-doutorado no Centro de Pesquisa Almaden da IBM e, em seguida, virou professor do departamento de Ciência e Engenharia de Materiais da Universidade Cornell, em Nova York. De 2006 a 2009 atuou como diretor de um laboratório nacional ligado à universidade, o Cornell NanoScale Science & Technology Facility. Em 2009, fundou a empresa Orthogonal´s, que atua no ramo da eletrônica orgânica. No mesmo ano, voltou à Europa como professor da Ecole Nationale Supérieure des Mines de Saint-Étienne, onde permanece até o presente.
Malliaras, cujo número H é de 64 segundo o Google Scholar, é autor de mais de 200 artigos científicos com mais de 13.000 citações. Seus trabalhos sobre Eletrônica Orgânica e Bioeletrônica têm sido premiados pela New York Academy of Sciences, U.S. National Science Foundation e pela empresa DuPont, entre outras entidades. Já proferiu mais de 230 palestras convidadas e organizou vários eventos, por exemplo, o 2015 MRS Fall Meeting, do qual foi coordenador.
É membro do conselho científico de centros de pesquisa na Alemanha, Irlanda e Suécia. É editor associado da Science Advances, uma revista científica open access com revisão por pares lançada neste ano pela editora da Science.
Na palestra plenária do XIV Encontro da SBPMat, o cientista falará sobre dispositivos baseados em materiais orgânicos com propriedades eletrônicas, mostrando exemplos já desenvolvidos e oportunidades de desenvolvimento.
Segue uma entrevista com o cientista.
Boletim da SBPMat: – Em sua opinião, quais são suas contribuições mais significativas na área de Eletrônica Orgânica / Bioeletrônica? Explique-as muito brevemente, por favor, e compartilhe referências dos artigos ou livros resultantes, ou comente se esses estudos produziram patentes, produtos, empresas derivadas etc.
George Malliaras: – Na área de eletrônica orgânica, seria o codesenvolvimento, juntamente com Chris Ober, na Universidade Cornell, da litografia ortogonal. Trata-se de um conjunto de processos que permite realizar padrões em microescala em filmes orgânicos usando fotolitografia, o padrão-ouro em microeletrônica. A litografia ortogonal se baseia no uso de materiais fotorresistentes fluorados que não danificam os filmes orgânicos. Ela permite a microfabricação de dispositivos, incluindo displays de alta resolução, usando equipamentos padrão, que já existem na indústria. Há uma empresa (Orthogonal, Inc., www.orthogonalinc.com) que vem comercializando os fotorresistentes, e está buscando comercializar essa tecnologia. Em bioeletrônica, o trabalho é recente demais, e eu teria que esperar para poder enxergar com retrospectiva. Uma tendência que emergia quando eu me juntei à área envolvia a transição do uso de revestimentos orgânicos para o uso de dispositivos orgânicos. Sem dúvida, esses últimos oferecem mais recursos para a interface com a biologia. Meu grupo tem contribuído com essa tendência ao demonstrar que transistores eletroquímicos orgânicos trazem uma série de benefícios como transdutores de fenômenos biológicos, como grande amplificação, o que permite produzir gravações da atividade cerebral de alta qualidade.
Referências:
- J. Rivnay, R.M. Owens, and G.G. Malliaras, “The rise of organic bioelectronics”, Chem. Mater. 26, 679 (2014).
- D. Khodagholy, T. Doublet, P. Quilichini, M. Gurfinkel, P. Leleux, A. Ghestem, E. Ismailova, T. Herve, S. Sanaur, C. Bernard, and G.G. Malliaras, “In vivo recordings of brain activity using organic transistors” Nature Comm. 4, 1575 (2013).
- J. Rivnay, P. Leleux, M. Ferro, M. Sessolo, A. Williamson, D.A. Koutsouras, D. Khodagholy, M. Ramuz, X. Strakosas, R.M. Owens, C. Benar, J.-M. Badier, C. Bernard, and G.G. Malliaras, “High Performance Transistors for Bioelectronics Through Tuning of Channel Thickness”, Sci. Adv. 1, e1400251 (2015).
Boletim da SBPMat: – Quais são, em sua opinião, os principais desafios para cientistas e engenheiros na área de materiais, com relação a Eletrônica Orgânica interagindo com o cérebro?
George Malliaras: – Encontrar o colaborador certo, que os ajude a formular as perguntas certas. Acredito que embarcar em uma área interdisciplinar sozinho é uma receita para produzir trabalho de baixo impacto. A chave para um trabalho de grande impacto nessa área é formular perguntas que interessem tanto a neurocientistas quanto a nós, cientistas e engenheiros de materiais. De nossa parte, precisamos ser capazes de elaborar quais são as vantagens oferecidas pelos orgânicos, para então descobrir como melhor empregá-los para resolver problemas específicos enfrentados pelos neurocientistas. Pela minha experiência, posso dizer que costuma ser uma combinação de vantagens (condutividade mista, biocompatibilidade, propriedades mecânicas “suaves”), em vez de uma única, o que favorece os orgânicos.
Boletim da SBPMat: – Se quiser, deixe uma mensagem ou convite para sua palestra plenária aos leitores que participarão do XIV Encontro da SBPMat.
George Malliaras: – Eu costumo citar uma frase de Tadahiro Sekimoto, ex-presidente da Nippon Electric Corporation: “Aqueles que dominam os materiais, dominam a tecnologia”. Isso ressalta a importância da pesquisa em materiais em nosso mundo, e demonstra os perigos de mudarmos para uma economia de “serviços”.
Mais
- Bio do prof. George Malliaras e resumo da sua palestra plenária: http://sbpmat.org.br/14encontro/plenary-speakers/Abstract-Malliaras.pdf
Boletim da SBPMat – edição 34.
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