Pesquisadores em destaque: Entrevistas com vencedores do Prêmio CAPES de Tese 2018.

Posted on quarta-feira 31 de outubro de 2018

A lista com os nomes dos vencedores do Prêmio Capes de Tese 2018 foi divulgada no início deste mês de outubro. O prêmio distingue os autores das melhores teses de doutorado defendidas em 2017 em programas de pós-graduação de instituições brasileiras. A cerimônia de entrega dos prêmios ocorrerá no dia 13 de dezembro, em Brasília.

O Boletim da SBPMat entrevistou alguns dos vencedores, premiados por trabalhos realizados sobre temas da área de Materiais. Conheça estes jovens doutores e os trabalhos deles.

Entrevista com Andrey Coatrini Soares, vencedor do prêmio à melhor tese da área de Materiais.

Tese: Filmes nanoestruturados aplicados em biossensores para detecção precoce de câncer de pâncreas. Disponível em http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18158/tde-30032017-080111/pt-br.php
Autor: Andrey Coatrini Soares. CV Lattes: http://lattes.cnpq.br/1448215980985893
Orientador: Osvaldo Novais de Oliveira Junior (Instituto de Física de São Carlos da USP – IFSC-USP).
Instituição:Programa Interunidades de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais da Universidade de São Paulo (USP).

Andrey Coatrini Soares (natural de Aguaí – SP, 33 anos) começou a ganhar experiência em pesquisa já no primeiro ano da graduação em Física da USP, quando começou seu estágio de iniciação científica, que acabou só no final da licenciatura, em 2010. Depois, ele optou por fazer mestrado e, na sequência, doutorado, ambos no programa Interunidades em Ciência e Engenharia de Materiais da USP. Tanto na iniciação quanto no mestrado e, finalmente, no doutorado, ele teve orientação do professor Osvaldo Novais de Oliveira Junior, e trabalhou com filmes nanoestruturados com aplicações na área de saúde. “Ingressar na iniciação científica logo no primeiro ano de graduação e poder trabalhar com pesquisadores que são referência na área foi crucial para acumular experiência na área do tema da tese”, diz o vencedor do prêmio da Capes, que continua trabalhando com filmes nanoestruturados para saúde, agora como bolsista de pós-doutorado no IFSC-USP.

Em sua pesquisa de doutorado, Soares conseguiu desenvolver um sensor de baixo custo, fabricado com materiais de fontes renováveis, que detecta em 8 minutos o câncer de pâncreas, A pesquisa foi realizada no Grupo de Polímeros Prof. Bernhard Gross do IFSC-USP, em parceria com o Centro de Pesquisa em Oncologia Molecular do Hospital de Câncer de Barretos, e com o Laboratório de Microfabricação do Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM). “A junção da experiência na área clínica da equipe de Barretos, a experiência na área de fotolitografia/dispositivos da equipe do CNPEM, e a experiência em biossensores e filmes finos da equipe de São Carlos permitiu uma seleção rígida de quais tipos de materiais seriam utilizados, os tipos de dispositivos a serem testados e, principalmente, qual tipo de câncer seria detectado”, diz Soares.

Boletim da SBPMat: – Na sua visão, qual é a contribuição mais relevante da tese premiada?

Eletrodo interdigitado de Au funcionalizado com anticorpos Anti CA-19 para detecção precoce de câncer de pâncreas.

Andrey Coatrini Soares: – O maior problema para o diagnóstico do câncer de pâncreas é a característica silenciosa da doença; ou seja, o tumor só é detectado num estágio avançado da mesma. Por isto, este tipo de câncer possui a maior taxa de mortalidade dentre todos os cânceres (99,3% segundo dados da Agência Internacional de Pesquisa em Câncer, IARC). Além disto, o custo atual do diagnóstico comercial somado ao tempo de detecção do mesmo (aproximadamente 40 minutos) não são aliados do paciente. Estes foram os principais fatores que induziram a nossa escolha para desenvolvermos um biossensor miniaturizado, de baixo custo e rápida detecção, que pudesse ser implementado em consultórios e hospitais, permitindo que o corpo clínico, por exemplo, tome decisões relativas ao tratamento do paciente ou analise a eficiência da quimioterapia sem a necessidade do uso de diagnósticos invasivos.

Boletim da SBPMat: – Cite os principais resultados gerados a partir da tese premiada.

Andrey Coatrini Soares: – O trabalho da tese de doutoramento desenvolveu um diagnóstico de baixo custo, usando materiais biocompatíveis e biodegradáveis, de fontes renováveis, tais como a quitosana (presente no exoesqueleto de camarão) e a concanavalina A (proteína extraída das sementes da Fruta Pão). A versatilidade destes biossensores permite que os mesmos possam ser implantados nos pacientes para rastreio em tempo real dos biomarcadores presentes no sangue. Cada teste tem um custo de R$ 5,00-6,00, que detecta o câncer de pâncreas em apenas 8 min, usando apenas 10µL de sangue. A tese foi também laureada com o prêmio Tese Destaque USP 2018 na área multidisciplinar, além de gerar, até o momento, dois trabalhos publicados nas revistas ACS Applied Materials and Interface e Analyst, um artigo em preparação, e mais 5 trabalhos em colaboração com pesquisadores que participaram da tese, que relatam o desenvolvimento de outros biossensores para detecção de câncer de mama, câncer de cabeça e pescoço e HPV. Tais resultados vêm sendo amplamente divulgados na mídia (Portal G1, Revista Pesquisa FAPESP, Agência FAPESP, Portal Onconews,). Além disto, uma patente está em desenvolvimento e futuramente será depositada. Os trabalhos estão listados abaixo:

Soares, A. C.; Soares, J. C.; Shimizu, F. M.; Rodrigues, V.C.; Awan, I.T.; Melendez, M.E.; Piazzetta, M.H.O.; Gobbi, A.L.; Reis, R.M.; Fregnani, J.H.T.G.; Carvalho, A. L.; Oliveira Junior, O. N. A simple architecture with self-assembled monolayers to build immunosensors for detecting the pancreatic cancer biomarker CA19-9. Analyst 2018, 143, 3302-3308.
Soares, A. C.; Soares, J. C.; Shimizu, F. M.; Melendez, M. E.; Carvalho, A. L.; Oliveira, O. N. Controlled Film Architectures to Detect a Biomarker for Pancreatic Cancer Using Impedance Spectroscopy. ACS Appl. Mater. Interfaces 2015, 7 (46), 25930–25937. DOI: 10.1021/acsami.5b08666
Soares, A. C.; Soares, J. C.; Rodrigues, V.C.; Follmann, H. D. M.; Arantes, L.M.R.B.; Carvalho, A. C.; Melendez, M.E.; Reis, R.M.; Fregnani, J.H.T.G.; Carvalho, A. L.; Oliveira Junior, O. N. Microfluidic-Based Genosensors to Detect HPV16 in Head and Neck Cancer. ACS Applied Materials and Interfaces 2018.
Thapa, A.; Soares, A. C.; Soares, J. C.; Awan, I. T.; Volpati, D.; Melendez, M. E.; Fregnani, J. H. T. G.; Carvalho, A. L.; Oliveira, O. N. Carbon Nanotube Matrix for Highly Sensitive Biosensors To Detect Pancreatic Cancer Biomarker CA19-9. ACS Appl. Mater. Interfaces 2017, 9 (31), 25878–25886
Rodrigues, V.C; Comin, C. H.; Soares, J. C.; Soares, A. C. et al. Analysis of Scanning Electron Microscopy Images To Investigate Adsorption Processes Responsible for Detection of Cancer Biomarkers. ACS Appl. Mater. Interfaces 2017, 9 (7), 5885-5890.
Soares, J. C.; Iwaki, L. E. O.; Soares, A. C. et al. Immunosensor for Pancreatic Cancer Based on Electrospun Nanofibers Coated with Carbon Nanotubes or Gold Nanoparticles. ACS Omega 2017, 2 (10) 6975-6983.
Soares, J. C.; Soares, A. C.; Raymundo-Pereira, P. A. et al. Adsorption according to the Langmuir–Freundlich model is the detection mechanism of the antigen p53 for early diagnosis of cancer. RSC Phys. Chem. Chem. Phys. 2016, 18, 8412-8418.
Soares, J. C.; Shimizu, F. M.; Soares, A. C.; Caseli, L.; Ferreira, J.; Oliveira, O. N. Supramolecular Control in Nanostructured Film Architectures for Detecting Breast Cancer. ACS Appl. Mater. Interfaces 2015, 7 (22), 11833–11841.

Boletim da SBPMat: – Do seu ponto de vista, brevemente, quais são os principais fatores que permitiram a realização de um trabalho de pesquisa destacado em nível nacional (a sua tese)?

Andrey Coatrini Soares: – Trabalho em equipe, dedicação integral, além do financiamento da CAPES e FAPESP! No nosso trabalho tivemos a participação de 12 pesquisadores/colaboradores em diferentes áreas do conhecimento, desde engenheiros de materiais, químicos, físicos, médicos, geneticistas e biólogos. Meus sinceros agradecimentos a todos eles: Prof. Osvaldo Novais de Oliveira Junior, meu orientador e mestre, Dra. Juliana Coatrini Soares, Dra. Valquiria da Cruz Rodrigues, Dr. Flavio Makoto Shimizu, Dra. Maria Helena Piazzetta, Dr. Rui Murer, Dr. Angelo Luiz Gobbi, Dr. Matias Melendez, Dra. Lidia Rebolho Arantes, Dr. Rui Reis, Dr. José Humberto Fregnani e Dr. André Lopes Carvalho, além do Dr. Rodrigo Marques de Oliveira e André Brisolari, responsáveis por orientar os primeiros passos na ciência. O destaque nacional alcançado pelo trabalho é unicamente o fruto do esforço de toda a equipe, competente e coesa, que busca, de alguma forma, retornar à população o investimento feito em nossa formação, através de um produto que seja acessível à todas as camadas da sociedade.

Boletim da SBPMat: – Deixe uma mensagem para nossos leitores que são estudantes de graduação ou pós-graduação.

Andrey Coatrini Soares: – Ingressar na área acadêmica é ter ciência que praticamente todo o aprendizado será construído principalmente pelas perguntas que você fará, pelos erros que cometerá tentando respondê-las e como você lidará com desafios que o trabalho irá impor a você. É neste crescimento que aprendemos a lidar com a pressão diária por resultados e a enfrentar todos os obstáculos técnicos do trabalho. Certamente, a satisfação de vencer cada obstáculo juntamente com a satisfação de contribuir com a ciência em um país que não valoriza os pesquisadores, superam todas as dificuldades vividas durante o período do doutorado. Por isso, valorizar cada momento de trabalho individual ou em grupo, cada conversa com o orientador e, principalmente, valorizar suas conquistas, mesmo que sejam mínimas, é muito importante. E nunca deixar os momentos de lazer em segundo plano!

Entrevista com Bruno Ricardo de Carvalho, vencedor do prêmio à melhor tese da área de Astronomia/Física.

Tese: Raman Spectroscopy in MoS2-type Transition-Metal Dichalcogenides. Disponível em: http://lilith.fisica.ufmg.br/posgrad/Teses_Doutorado/decada2010/bruno-carvalho/
Autor: Bruno Ricardo de Carvalho. CV Lattes: http://lattes.cnpq.br/6214643115504976
Orientador: Marcos Assunção Pimenta (Departamento de Física da Universidade Federal de Minas Gerais – UFMG)
Coorientadores: Cristiano Fantini Leite (Departamento de Física da Universidade Federal de Minas Gerais – UFMG) e Mauricio Terrones (The Pennsylvania State University).
Instituição: Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG).

Bruno Ricardo de Carvalho (natural de Cuiabá – MT, 29 anos) sempre gostou de óptica. Quando era uma criança, queria saber por que o céu é azul, como se forma o arco-íris…. Entretanto, até poucos anos atrás, ele não imaginava que se tornaria um doutor na área de espectroscopia óptica.

Carvalho fez graduação e mestrado em Física na Universidade Federal de Mato Grosso (UFMT). Durante o mestrado, orientado pelo professor Jorge Luiz Brito de Faria, começou a estudar nanomateriais bidimensionais por meio de simulações computacionais. Instigado pelo desejo de analisar experimentalmente esses materiais, ele decidiu fazer o doutorado na Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG) com a orientação do professor Marcos A. Pimenta, que era autor de interessantes artigos que Carvalho tinha lido sobre análise de nanomateriais pela técnica de espectroscopia Raman ressonante. Dessa maneira, trabalhando no Laboratório de Espectroscopia Raman da UFMG, Carvalho obteve os principais resultados da tese premiada.

Assim que iniciou o doutorado, Carvalho demonstrou interesse em realizar um estágio no exterior para conhecer como era a interação com outros grupos de pesquisa e, tal interesse foi expressado ao seu orientador. Assim, ao completar dois anos de doutorado, Carvalho se mudou para a cidade de State College nos Estados Unidos, onde passou um ano participando de vários projetos de pesquisa sobre materiais bidimensionais e suas aplicações, na famosa Universidade Estadual da Pensilvânia, sob orientação do professor Mauricio Terrones. “Foi um ano bem árduo de total dedicação e foco, mas também bem produtivo”, diz Carvalho, lembrando dos artigos gerados nesse período e publicados em periódicos de alto impacto, com repercussão em sites de divulgação científica internacionais, e das colaborações com grupos de pesquisa teóricos e experimentais. Atualmente Bruno de Carvalho é professor adjunto do Departamento de Física Teórica e Experimental da Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN).

Boletim da SBPMat: – Na sua visão, qual é a contribuição mais relevante da tese premiada?

Modelo molecular de uma monocamada de MoS2 excitado por um laser verde. A luz vermelha após a interação elétron-fônon.

Bruno Ricardo de Carvalho: – A principal contribuição seria o modelo de dupla ressonância que propomos para explicar como uma banda Raman, conhecida como 2LA no MoS₂, no qual é originada por um processo de espalhamento entre vales. O novo modelo apresentado para explicar tal processo pode ser estendido para outros sistemas bidimensionais. Este era um tópico aberto por mais de 30 anos na comunidade cientifica, no caso do material estudado na tese, e fomos capazes de propor uma explicação.

Boletim da SBPMat: – Cite os principais resultados gerados a partir da tese premiada.

Bruno Ricardo de Carvalho: – Na tese queríamos demonstrar que tínhamos um problema específico e que o resolvemos. Assim, o estudo de espectroscopia Raman ressonante em MoS₂ foi o foco da tese de doutoramento. Este trabalho gerou os dois principais artigos da tese:

Carvalho, Bruno R.; Malard, Leandro M.; Alves, Juliana M.; Fantini, Cristiano; Pimenta, Marcos A.; Symmetry-Dependent Exciton-Phonon Coupling in 2D and Bulk MoS₂ Observed by Resonance Raman Scattering. Physical Review Letters 114 (13), 136403 (2015).
Carvalho, Bruno R.; Wang, Yuanxi; Mignuzzi, Sandro; Roy, Debdulal; Terrones, Mauricio; Fantini, Cristiano; Crespi, Vincent H.; Malard, Leandro M.; Pimenta, Marcos A.; Intervalley scattering by acoustic phonons in two-dimensional MoS₂ revealed by double-resonance Raman spectroscopy. Nature Communications 8, 14670 (2017).

Outros artigos que também foram mencionados na tese incluem:

Pimenta, Marcos A.; del Corro, Elena; Carvalho, Bruno R.; Fantini, Cristiano; Malard, Leandro M.; Comparative Study of Raman Spectroscopy in Graphene and MoS₂-type Transition Metal Dichalcogenides. Accounts of Chemical Research 48 (1), 41-47 (2015).
Feng, Simin; dos Santos, Maria C.; Carvalho, Bruno R.; Lv, Ruitao; Li, Qing; Fujisawa, Kazunori; Elías, Ana Laura; Perea-López, Nestor; Endo, Morinobu; Pan, Minghu; Pimenta, Marcos A.; Terrones, Mauricio; Ultrasensitive molecular sensor using N-doped graphene through enhanced Raman scattering. Science Advances 2 (7), e1600322 (2016).
Carozo, Victor; Wang, Yuanxi; Fujisawa, Kazunori; Carvalho, Bruno R.; McCreary, Amber; Feng, Simin; Lin, Zhong; Zhou, Chanjing; Perea-Lopez, Nestor; Elias, Ana Laura; Kabius, Bernd; Crespi, Vincent H.; Terrones, Mauricio; Optical identification of sulfur vacancies: Bound excitons at the edges of monolayer tungsten disulfide. Science Advances 3 (4), e1602813 (2017).

Uma lista completa das minhas publicações pode ser encontrada no meu currículo Lattes.

Boletim da SBPMat: – Do seu ponto de vista, brevemente, quais são os principais fatores que permitiram a realização de um trabalho de pesquisa destacado em nível nacional (a sua tese)?

Bruno Ricardo de Carvalho: – A infraestrutura do laboratório e da instituição onde realizei a pesquisa foi fundamental para o desenvolvimento do trabalho. A discussão com os meus mentores e o regime de colaboração, isso torna o trabalho mais robusto e elegante quando existem pessoas de pontos de vista distintos trabalhando em conjunto.

Boletim da SBPMat: – Deixe uma mensagem para nossos leitores que são estudantes de graduação ou pós-graduação.

Bruno Ricardo de Carvalho: – Minha mensagem é que se dediquem ao que fazem. O doutorado é uma fase de intenso aprendizado e dedicação. Fazer ciência é ter uma postura sistemática, uma mente aberta, uma postura crítica e passar horas no laboratório. Isso tudo com esforço e dedicação, gera um trabalho que será reconhecido. E, muito mais do que isso, será um trabalho feito por você mesmo e isso, ao meu ver, é a melhor satisfação.

Entrevista com Henrique Bücker Ribeiro, vencedor do prêmio à melhor tese da área de Engenharias IV.

Tese: Espectroscopia Raman em materiais bidimensionais. Disponível em: http://tede.mackenzie.br/jspui/handle/tede/3485
Autor: Henrique Bücker Ribeiro. CV Lattes: http://lattes.cnpq.br/8598589588357585
Orientador: Eunézio Antonio de Souza (Universidade Presbiteriana Mackenzie).
Coorientador: Marcos Assunção Pimenta (Departamento de Física da Universidade Federal de Minas Gerais – UFMG).
Instituição: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e de Computação da Universidade Presbiteriana Mackenzie.

Henrique Bücker Ribeiro (natural de Belo Horizonte – MG, 36 anos) era um estudante do bacharelado em Física na Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG), quando, em 2004, começou a incursionar na análise de materiais de baixa dimensionalidade (aqueles cuja espessura vai de 1 átomo até poucos nanometros) por meio da técnica de espectroscopia Raman. Dentro de um estágio de iniciação científica, guiado pelo professor Marcos Pimenta, ele estudou nanotubos de carbono. Além de orientar Ribeiro nesse início de carreira, o professor Pimenta lhe apresentou dois professores da Universidade Presbiteriana Mackenzie, Eunézio Antonio de Souza e Christiano José Santiago de Matos. “Eles desempenharam e desempenham até agora, com Marcos, papeis insubstituíveis como mentores e amigos”, diz Ribeiro.

A partir desse contato, em 2014, Ribeiro começou o doutorado na Mackenzie. Ali, ele continuou estudando materiais de baixa dimensionalidade por meio de espectroscopia Raman. Ribeiro começou pelo grafeno bicamada (material formado por átomos de carbono, como os nanotubos) e depois continuou com fósforo negro e monocalcogenetos. Além da infraestrutura da Mackenzie, Ribeiro utilizou equipamentos da UFMG, CTNnano (Belo Horizonte), LNNano (Campinas), bem como centros de computação da Unesp e Unicamp. O trabalho de tese de Ribeiro não apenas gerou conhecimento sobre os materiais estudados, como também contribuiu a aperfeiçoar o uso da técnica de Raman para sondar esse tipo de materiais. Hoje, Ribeiro está em estágio de pós-doutorado na Universidade de Stanford com auxílio de uma bolsa FAPESP, onde continua estudando materiais de baixa dimensionalidade, mais precisamente, processos optoeletrônicos de semicondutores bidimensionais.

Boletim da SBPMat: – Na sua visão, qual é a contribuição mais relevante da tese premiada?

Henrique Bücker Ribeiro: – Acredito que a contribuição mais importante da tese foi explicar um efeito não esperado observado ao medir a dependência angular dos espectros Raman em fósforo negro. Conseguimos explicar com esse estudo que, ao analisar a dependência angular dos espectros Raman para determinados cristais, é necessário considerar um tratamento matemático não usual. Esse trabalho virou uma importante referência para pesquisadores que trabalham com materiais de baixa dimensionalidade similares ao fósforo negro.

Representação artística de floco de fósforo negro iluminado por um laser verde. Luz vermelha: luz espalhada com energia diferente da incidente (espalhamento Raman). Ao girar o cristal, as medidas de dependência angular deveriam se comportar conforme a linha cinza mostrada no final da luz vermelha, mas se comportam como os pontos verdes.

Boletim da SBPMat: – Cite os principais resultados gerados a partir da tese premiada.

Henrique Bücker Ribeiro: – O trabalho mencionado acima gerou um artigo (https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.5b00698) que atualmente possui mais de 130 citações e está no 1% de artigos mais citados da área de acordo com Essential Science Indicators, elaborados pela Clarivate Analytics, do grupo Thomson Reuters.

A tese está relacionada aos seguintes artigos:

RIBEIRO, HENRIQUE B.; PIMENTA, MARCOS A. ; DE MATOS, CHRISTIANO J. S. ; MOREIRA, ROBERTO LUIZ ; RODIN, ALEKSANDR S ; ZAPATA, JUAN D. ; DE SOUZA, EUNEZIO A. T. ; CASTRO NETO, ANTONIO H. . Unusual Angular Dependence of the Raman Response in Black Phosphorus. ACS Nano, v. 9, p. 4270–4276, 2015.
RIBEIRO, H. B.; VILLEGAS, C. E. P. ; BAHAMON, D. A. ; MURACA, D. ; CASTRO NETO, A. H. ; de SOUZA, E. A. T. ; ROCHA, A. R. ; PIMENTA, M. A. ; de MATOS, C. J. S. . Edge phonons in black phosphorus. Nature Communications, v. 7, p. 12191, 2016.
RIBEIRO, HENRIQUE B.; PIMENTA, MARCOS A. ; DE MATOS, CHRISTIANO J.S. . Raman spectroscopy in black phosphorus. JOURNAL OF RAMAN SPECTROSCOPY, v. 49, p. 76-90, 2018.
RIBEIRO, H.B.; SATO, K. ; ELIEL, G.S.N. ; DE SOUZA, E.A.T. ; LU, CHUN-CHIEH ; CHIU, PO-WEN ; SAITO, R. ; PIMENTA, M.A. . Origin of van Hove singularities in twisted bilayer graphene. Carbon (New York), v. 90, p. 138-145, 2015.

Além de artigos provenientes de colaborações:

ELIEL, G. S. N. ; MOUTINHO, M. V. O. ; GADELHA, A. C. ; RIGHI, A. ; CAMPOS, L. C. ; RIBEIRO, H. B. ; CHIU, PO-WEN ; WATANABE, K. ; TANIGUCHI, T. ; PUECH, P. ; PAILLET, M. ; MICHEL, T. ; VENEZUELA, P. ; PIMENTA, M. A. . Intralayer and interlayer electron-phonon interactions in twisted graphene heterostructures. Nature Communications, v. 9, p. 1221, 2018.
ELIEL, G. S. N. ; RIBEIRO, H. B. ; SATO, K. ; SAITO, R. ; LU, CHUN-CHIEH ; CHIU, PO-WEN ; Fantini, C. ; RIGHI, A. ; PIMENTA, M. A. . Raman Excitation Profile of the G-band Enhancement in Twisted Bilayer Graphene. BRAZILIAN JOURNAL OF PHYSICS, v. 47, p. 589-593, 2017.
COSTA, M C FERRAZ DA ; RIBEIRO, H B ; KESSLER, F ; SOUZA, E A T DE ; FECHINE, G J M . Micromechanical exfoliation of two-dimensional materials by a polymeric stamp. Materials Research Express, v. 3, p. 025303, 2016.
FARIA, PAULA C. ; SANTOS, LUARA I. ; COELHO, JOAO PAULO ; RIBEIRO, HENRIQUE BUCKER ; PIMENTA, MARCOS A. ; LADEIRA, LUIZ O. ; GOMES, DAWIDSON A. ; FURTADO, CLASCIDIA A ; GAZZINELLI, RICARDO . Oxidized multiwalled carbon nanotubes as antigen delivery system to promote superior CD8+ T cell response and protection against cancer. Nano Letters (Print), v. 14, p. 5458-70, 2014.

Durante o doutorado fui contemplado com o Prêmio Cientistas do Ano do Instituto Nanocell na categoria ‘Nanotecnologia: da produção à aplicação’.

Boletim da SBPMat: – Do seu ponto de vista, brevemente, quais são os principais fatores que permitiram a realização de um trabalho de pesquisa destacado em nível nacional (a sua tese)?

Henrique Bücker Ribeiro: – O diálogo aberto com meus mentores, as colaborações, as agências de fomento, o programa de pós-graduação e a universidade, as discussões com os colegas, o apoio dos meus pais, apoio dos técnicos, um bom ambiente de trabalho, dedicação e esforço e muitos outros. Um bom trabalho pode ser obtido quando todos esses elementos estão presentes. A ausência de apenas um já é o suficiente para comprometer o trabalho.

Boletim da SBPMat: – Deixe uma mensagem para nossos leitores que são estudantes de graduação ou pós-graduação.

Henrique Bücker Ribeiro: – Não espere que bons resultados aconteçam de imediato e não desanime quando for o caso. Na maioria das vezes as coisas vão dar errado e, mesmo assim, nada será desperdiçado. Um bom resultado pode ser atingindo ao superar essas dificuldades pensando no problema.

Entrevista com Adriano dos Santos, vencedor do prêmio à melhor tese da área de Química.

Tese: Desenvolvimento de biossensor impedimétrico/capacitivo para detecção de biomarcadores de importância clínica. Disponível em: https://repositorio.unesp.br/handle/11449/150274
Autor: Adriano dos Santos. CV Lattes: http://lattes.cnpq.br/2204509974401281
Orientador: Paulo Roberto Bueno (Instituto de Química de Araraquara – UNESP).
Coorientadora: Maria del Pilar Taboada Sotomayor (Instituto de Química de Araraquara – UNESP).
Instituição: Instituto de Química de Araraquara da Universidade Estadual Paulista (UNESP).

Para Adriano dos Santos (35 anos, natural de Araraquara – SP), as aulas de laboratório que teve na graduação em Química da UNESP, no campus de Araraquara, foram verdadeiros alicerces da sua formação. As ferramentas e competências desenvolvidas nessas aulas práticas foram muito úteis para Santos, tanto nos estágios que realizou numa empresa que produz tintas e revestimentos, quanto nos estágios de iniciação científica realizados na UNESP, com orientação dos professores Antonio Eduardo Mauro e Paulo Roberto Bueno.

Em 2010, Santos iniciou o mestrado em Química, também na UNESP e com orientação do professor Bueno. Durante a pesquisa de mestrado, na qual ele desenvolveu um dispositivo piezoelétrico para compreender um processo biológico, Santos começou a aprender sobre temas relacionados a biossensores e a desenvolver especial interesse nessa área de pesquisa. Depois de defender a dissertação, e enquanto trabalhava em uma empresa do setor químico, Santos decidiu fazer doutorado em algum tema relacionado a biossensores. Em 2013, iniciou as atividades do doutorado. Novamente com orientação do professor Bueno e com coorientação da professora Maria del Pilar Taboada Sotomayor, ele desenvolveu seu projeto de pesquisa no Instituto de Química de Araraquara da UNESP. De setembro de 2016 a fevereiro de 2017, Santos esteve na Universidade de Oxford (Inglaterra) realizando uma parte da pesquisa sob orientação do professor Jason Davis. “Isso possibilitou expandir meus conhecimentos e análise crítica, com inestimável ganho em experiência e capacitação profissional”, diz Santos.

Na sua tese, Santos apresentou uma nova aplicação de técnicas existentes que gerou biossensores com possíveis aplicações na detecção de trombose e de câncer e no estudo de fenômenos biológicos. Atualmente, o vencedor do prêmio continua trabalhando nessa área junto ao professor Bueno, como bolsista de pós-doutorado.

Boletim da SBPMat: – Na sua visão, qual é a mais relevante contribuição da tese premiada?

Adriano dos Santos: – Os biossensores estão, atualmente, recebendo considerável destaque por seu potencial econômico (em nível de investimento e mercado) e social (impacto na saúde e qualidade de vida populacional). Esses dispositivos, sendo o glicosímetro (aparelho que mede o teor de glicose diretamente do sangue) o seu maior exemplo, têm a capacidade de realizar diagnóstico clínico de forma mais rápida que os métodos atuais, bem como apresentam limites de detecção (menor quantidade que pode ser detectada numa amostra) adequados para o diagnóstico precoce. A detecção precoce é altamente relevante quando se deseja, por exemplo, realizar o diagnóstico de câncer. Isto ocorre porque as chances de cura e o tempo de sobrevida de pacientes com essa doença são maiores quando ela é detectada em estágios iniciais. Em minha tese foi demonstrado que, por meio de uma transdução eletroquímica de sinal de reconhecimento biológico, chamada de capacitância eletroquímica, e também por meio de uma nova análise de dados conhecida por funções de imitância, existe o potencial de realizar o diagnóstico de determinadas doenças de forma sensível e precoce, incluindo câncer e trombose, sem a necessidade de utilizar marcadores enzimáticos ou fluorescentes empregados na análise clínica atual. Além disso, também foi demonstrado de forma inédita o uso dessa abordagem eletroquímica inovadora no desenvolvimento de interfaces com potenciais aplicações na glicobiologia. A importância dessa abordagem é fornecer uma nova ferramenta que ajudará os pesquisadores a compreenderem processos que estão relacionados com a interação de proteínas e carboidratos. Neste contexto, pode-se englobar processos de invasão celular (cujos conhecimentos poderão auxiliar no desenvolvimento de vacinas), e a compreensão do mecanismo de formação e proliferação de tumores. Possivelmente, essa nova abordagem poderá um dia ser empregada no desenvolvimento de uma plataforma tecnológica para o desenvolvimento de glycoarrays (isto é, técnicas que permitem o estudo de interações entre proteínas e carboidratos).

(a) Exemplo de interface para a detecção de biomarcadores (moléculas relacionadas com determinada doença). A interface é constituída por uma monocamada composta por espécie eletroativa e o elemento de reconhecimento (como, por exemplo, anticorpo). A interação entre o elemento de reconhecimento e o biomarcador ocasiona uma alteração no sinal de capacitância eletroquímica (b), possibilitando construir curvas de calibração ou de saturação (c).

Boletim da SBPMat: – Cite os principais resultados gerados a partir da tese premiada.

Adriano dos Santos: – Especificamente da tese, foram cinco trabalhos publicados:

Santos, A., J.J. Davis, and P.R. Bueno, Fundamentals and Applications of Impedimetric and Redox Capacitive Biosensors. Journal of Analytical & Bioanalytical Techniques, 2014.
Marques, S.M., Santos, A. et al., Sensitive label-free electron chemical capacitive signal transduction for D-dimer electroanalysis. Electrochimica Acta, 2015. 182: p. 946-952.
Santos, A., et al., Impedance-derived electrochemical capacitance spectroscopy for the evaluation of lectin–glycoprotein binding affinity. Biosensors and Bioelectronics, 2014. 62: p. 102-105.
Santos, A. and P.R. Bueno, Glycoprotein assay based on the optimized immittance signal of a redox tagged and lectin-based receptive interface. Biosensors and Bioelectronics, 2016. 83: p. 368-378.
Santos, A., P.R. Bueno, and J.J. Davis, A dual marker label free electrochemical assay for Flavivirus dengue diagnosis. Biosensors and Bioelectronics, 2018. 100: p. 519-525.

Além, no mesmo período de minha pesquisa no doutorado, houve mais seis artigos publicados, em parceria, sobre temas relacionados com a tese.

Lehr, J., et al., Mapping the ionic fingerprints of molecular monolayers. Physical Chemistry Chemical Physics, 2017. 19, p. 15098-15109
Piccoli, J.P., et al., The self-assembly of redox active peptides: Synthesis and electrochemical capacitive behavior. Peptide Science, 2016. 106(3): p. 357-367.
Cecchetto, J., et al., An impedimetric biosensor to test neat serum for dengue diagnosis. Sensors and Actuators B: Chemical, 2015. 213: p. 150-154.
Santos, A., et al., Redox-tagged peptide for capacitive diagnostic assays. Biosensors and Bioelectronics, 2015. 68: p. 281-287.
Carvalho, F., et al., Evaluating the Equilibrium Association Constant between ArtinM Lectin and Myeloid Leukemia Cells by Impedimetric and Piezoelectric Label Free Approaches. Biosensors, 2014. 4(4): p. 358-369.
Fernandes, F.C.B., et al., Comparing label free electrochemical impedimetric and capacitive biosensing architectures. Biosensors and Bioelectronics, 2014. 57: p. 96-102.

Importante também frisar que, nesse período, uma empresa de diagnóstico clínico foi criada, tendo como fundadores o meu orientador da tese, o Prof. Dr. Paulo Roberto Bueno, e o Prof. Dr. Jason Davis, da Universidade de Oxford. Essa empresa, Osler Diagnostics, é uma spinout situada na cidade de Oxford, Inglaterra, que está utilizando parte da pesquisa gerada nessa tese para o seu desenvolvimento tecnológico.

Boletim da SBPMat: – Do seu ponto de vista, brevemente, quais são os principais fatores que permitiram a realização de um trabalho de pesquisa destacado em nível nacional (a sua tese)?

Adriano dos Santos: – São inúmeros esses fatores, das quais se destacam a infraestrutura da instituição, que contém equipamentos e profissionais capacitados para a realização de ensaios e medições que dão alicerce à teoria, bem como suporte à pesquisa desde a biblioteca à seção técnica de pós-graduação, incluindo todo o corpo de funcionários; a excelência do grupo de pesquisadores da UNESP- Instituto de Química, nos quais se incluem meu orientador (Prof. Dr. Paulo Roberto Bueno) e coorientadora (Profa. Dra. Maria Del Pilar Taboada Sotomayor) da tese, que me auxiliaram com muitos conselhos e aprendizado; a possibilidade de prestigiar eventos científicos internacionais, em que a importância do domínio do inglês como segundo idioma foi crucial para promover troca de saberes entre os pesquisadores nos eventos; a parceria entre a UNESP com a Universidade de Oxford por meio de um MoU (memorandum of understanding), que estimula os pesquisadores a realizarem cooperação acadêmica, elevando o nível de discussão científica, e do qual favoreceu meu estágio no exterior nessa universidade, sob orientação do Prof. Dr. Jason Davis; e o financiamento de órgãos federais (CAPES e CNPq) e estadual (FAPESP) por meio de projetos temáticos e bolsa de doutorado.

Aproveito e gostaria de deixar registrado o meu agradecimento a todo o Instituto de Química-Campus de Araraquara (técnicos, professores e pesquisadores) envolvidos com minha tese, à Universidade de Oxford, em especial ao Prof. Dr. Jason Davis, por ter-me recebido em seu laboratório, aos familiares e amigos, bem como à CAPES, CNPq e FAPESP pelo suporte financeiro.

Boletim da SBPMat: – Deixe uma mensagem para nossos leitores que são estudantes de graduação ou pós-graduação.

Adriano dos Santos: – A ciência é bela, e como uma escultura, exige o esforço de lapidar a pedra para que a arte se revele. A caminhada até o objetivo é como um percurso, muitas vezes tortuoso, que nos engana e nos obriga a redirecionar nossas trajetórias. A ciência não é algo linear, em que o conhecimento está pronto e acabado, mas sim uma constante revisão e avanço do que está sendo feito, em especial em aplicações em novas tecnologias, que exigem “regressos” e novas interpretações de conhecimentos antes dados como intocáveis. Desta forma, será comum ao aluno de graduação (quando numa iniciação científica) e, em especial, ao de pós-graduação, se deparar com resultados inesperados ou de difícil interpretação, que por muitas vezes podem ser motivos de desmotivação e abandono de seu projeto de pesquisa. A única forma de superar esses problemas é por meio da conduta ética e profissionalismo, em saber reconhecer as próprias limitações e buscar auxílio constante de seu orientador ou demais pesquisadores da área. É também estar sempre de mente aberta e se questionar, não com ceticismo, mas tendo a ponderação de entender o sistema objeto de seu estudo.

Não menos importante é lembrar que é necessária a proximidade da família e que amizades sejam cultivadas. Dedicar-se ao lazer como passatempos e leituras diversas, diferentes daquelas que geralmente estamos acostumados na academia, são cruciais. Considere em praticar uma atividade física e estudar um segundo idioma, em especial o inglês, pois certamente aparecerão oportunidades em que esse idioma será crucial para o avanço na carreira profissional, seja como docente numa universidade, seja como profissional numa indústria.

Artigo em destaque: Rumo ao diamante bidimensional.

Posted on terça-feira 31 de outubro de 2017

O artigo científico com participação de membros da comunidade brasileira de pesquisa em Materiais em destaque neste mês é: Raman evidence for pressure-induced formation of diamondene. Luiz Gustavo Pimenta Martins, Matheus J. S. Matos, Alexandre R. Paschoal, Paulo T. C. Freire, Nadia F. Andrade, Acrísio L. Aguiar, Jing Kong, Bernardo R. A. Neves, Alan B. de Oliveira, Mário S.C. Mazzoni, Antonio G. Souza Filho, Luiz Gustavo Cançado. Nature Communications 8, Article number: 96 (2017). DOI:10.1038/s41467-017-00149-8. Disponível em: https://www.nature.com/articles/s41467-017-00149-8

Rumo ao diamante bidimensional

Materiais bidimensionais, aqueles cuja espessura vai de um átomo até alguns poucos nanometros, possuem propriedades únicas ligadas à sua dimensionalidade e são protagonistas do desenvolvimento da nanotecnologia e da nanoengenharia.

Uma equipe de cientistas de cinco instituições brasileiras e uma estadunidense deu um passo importante no desenvolvimento, ainda incipiente, da versão bidimensional do diamante. Esse trabalho sobre diamante 2D foi reportado em artigo publicado na Nature Communications (fator de impacto 12,124) com acesso aberto.

“Nosso trabalho apresentou uma evidência espectroscópica da formação de um diamante bidimensional, ao qual demos o nome de diamondeno”, destaca Luiz Gustavo de Oliveira Lopes Cançado, professor da Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG) e autor correspondente do paper. Ao escolher o nome do novo material, os cientistas seguiram a tradição de usar o sufixo “eno” para materiais bidimensionais, como ocorreu com o grafeno, versão 2D do grafite.

Aliás, foi a partir da compressão de folhas de grafeno que o diamondeno foi obtido pela equipe liderada pelo professor Cançado. Inicialmente, o time depositou duas camadas de grafeno uma em cima da outra e transferiu a bicamada de grafeno para um substrato de Teflon, escolhido por ser quimicamente inerte, impedindo a formação de ligações com o grafeno.

A amostra de grafeno bicamada sobre Teflon foi então submetida a altas pressões e simultaneamente analisada por espectroscopia Raman no Laboratório de Espectroscopia Vibracional e Altas Pressões do Departamento de Física da Universidade Federal do Ceará (UFC). O sistema experimental utilizado foi uma célula de bigornas (anvil em inglês) de diamante com espectrômetro Raman acoplado. Esse equipamento permite aplicar altas pressões a pequenas amostras que se encontram imersas em um meio transmissor da pressão (neste caso, água). A pressão é aplicada através de duas peças de diamante (material escolhido por ser um dos mais duros e resistentes à compressão), as quais comprimem o meio transmissor, que repassa a pressão para a amostra. Ao mesmo tempo, o espectrômetro permite monitorar as mudanças que ocorrem na estrutura do material da amostra frente às diversas pressões aplicadas. “Na espectroscopia Raman, a luz se comporta como uma sonda que mede estados vibracionais do material”, explica Cançado. Como resultado da sondagem, o espectrômetro gera gráficos (espectros), por meio dos quais é possível identificar a estrutura do material que está sendo estudado.

Analisando os espectros, a equipe de cientistas observou mudanças no material bidimensional que indicaram a transição de uma estrutura de grafeno para uma estrutura de diamante. Os pesquisadores puderam concluir que o diamondeno foi obtido a uma pressão de 7 gigapascals (GPa), valor dezenas de milhares de vezes superior ao da pressão atmosférica. “A evidência que apresentamos nesse trabalho é uma assinatura no espectro vibracional obtido a partir de um material de carbono bidimensional que indica a presença de ligações do tipo sp³, típicas da estrutura do diamante”, precisa o professor Cançado.

Para explicar a formação do diamondeno, a equipe acudiu a cálculos de primeiros princípios seguindo a Teoria do Funcional da Densidade e simulações de Dinâmica Molecular. “Foram esses resultados teóricos que guiaram os experimentos e permitiram o entendimento dos resultados experimentais”, diz Cançado.

Esquema do mecanismo de formação do diamondeno a partir de duas camadas de grafeno submetidas a altas pressões (setas azuis) em água como meio transmissor de pressão. As bolas de cor cinza representam os átomos de carbono; as vermelhas, os átomos de oxigênio e as azuis, os átomos de hidrogênio. — Esquema do mecanismo de formação do diamondeno a partir de duas camadas de grafeno submetidas a altas pressões (setas azuis) em água como meio transmissor de pressão. As bolas de cor cinza representam os átomos de carbono; as vermelhas, os átomos de oxigênio, e as azuis, os átomos de hidrogênio.

De acordo com os resultados teóricos, quando o sistema de grafeno bicamada sobre substrato inerte com água como meio transmissor de pressão é submetido a altas pressões, as distâncias entre os elementos do sistema diminuem e ocorrem novas ligações entre eles. “Ao se aplicar esse nível de pressão sobre o grafeno, o mesmo pode ter suas ligações modificadas, passando da configuração sp² para a configuração sp³”, explica o professor Cançado. Os átomos de carbono da camada superior de grafeno passam então a estabelecer ligações covalentes com quatro átomos vizinhos: os átomos da camada inferior e os grupos químicos oferecidos pela água (OH^– e H). Estes últimos são fundamentais para estabilizar a estrutura. Na camada inferior, em contato com o substrato inerte, a metade dos átomos de carbono fica ligada a apenas três átomos vizinhos. “As ligações pendentes dão origem a abertura de gap na estrutura eletrônica, e também a bandas de spin polarizado”, acrescenta Cançado.

Essa característica faz do diamondeno um material promissor para o desenvolvimento da spintrônica (vertente emergente da eletrônica na nanoescala que se baseia no aproveitamento do spin). De acordo com Cançado, o diamondeno também poderia ser utilizado em computação quântica, sistemas micro-eletromecânicos (MEMS), supercondutividade, eletrodos para tecnologias relacionadas à eletroquímica, substratos para engenharia de DNA e biossensores – aplicações nas quais filmes finos de diamante já provaram ter bom desempenho.

Entretanto, ainda há um longo caminho a percorrer até demonstrar as aplicações do diamondeno. Em primeiro lugar, porque o diamondeno apresentado no artigo se desmancha em condições normais de pressão. Para superar essa limitação, o grupo do professor Cançado na UFMG está montando um sistema experimental que permitirá aplicar pressões muito maiores às amostras, da ordem dos 50 GPa, e analisa-las por espectroscopia Raman. “Com isso pretendemos produzir amostras estáveis de diamondeno, que permaneçam sob essa forma mesmo depois de ter a pressão reduzida ao nível de pressão ambiente”, conta Cançado.

Além disso, como a espectroscopia Raman fornece evidências indiretas da estrutura do material, seria necessário realizar medidas diretas do diamondeno para se conhecer em detalhe sua estrutura. “As técnicas mais promissoras neste caso seriam a difração de raios X em fontes de luz sincrotron ou a difração de elétrons”, sugere Cançado. “O fator complicador nesse experimento é a necessidade de se ter a amostra submetida a altas pressões”, completa.

História do diamondeno é brasileira

A ideia da formação do diamante 2D surgiu na pesquisa de doutorado de Ana Paula Barboza, realizada com orientação do professor Bernardo Ruegger Almeida Neves e defendida em 2012 no Departamento de Física da UFMG. Nesse trabalho, conta Cançado, foram utilizadas pontas de microscopia de força atômica (AFM) para se aplicar altas pressões sobre grafenos de uma, duas e várias camadas. Evidências indiretas da formação de um diamante bidimensional foram obtidas por meio de microscopia de força elétrica (EFM). O trabalho mostrou a importância da presença de duas camadas de grafeno e de água para a formação da estrutura bidimensional de tipo sp³. Os principais resultados da pesquisa foram reportados no artigo Room-temperature compression induced diamondization of few-layer graphene [Advanced Materials 23, 3014-3017 (2011)].

Autores principais do artigo. À esquerda, Luiz Gustavo Pimenta Martins (mestre pela UFMG e doutorando no MIT). À direita, o professor Luiz Gustavo Cançado (UFMG).

“A ideia de se medir o espectro Raman dos grafenos em condições de altas pressões (utilizando células de diamante tipo anvil) veio posteriormente, após o Luiz Gustavo Pimenta Martins, estudante de iniciação científica à época, ter desenvolvido um método bastante eficaz de transferência de grafenos para diferentes substratos”, relata o professor Cançado. Esse desenvolvimento foi realizado em uma visita que o estudante fez ao laboratório da professora Jing Kong, no Massachusetts Institute of Technology (MIT), após ter ganhado uma bolsa de estudos para mobilidade internacional do Prêmio Fórmula Santander. Durante seu mestrado no Departamento de Física da UFMG, realizado com orientação do professor Cançado e defendido em 2015, Pimenta Martins fez um extenso e sistemático trabalho de obtenção de espectros Raman de grafenos submetidos a altas pressões. “Foram muitas visitas à UFC e muito estudo até entendermos os mecanismos de formação do diamondeno”, conta Cançado.

A pesquisa reportada no paper da Nature Communications foi possível graças ao trabalho colaborativo de diversos grupos de pesquisa brasileiros com reconhecida expertise em diversos assuntos, além da participação da pesquisadora do MIT na preparação de amostras. Os cientistas dos departamentos de Física da UFMG e UFC aportaram sua reconhecida competência em espectroscopia Raman aplicada a nanomateriais de carbono e, no caso da UFC, em experimentos realizado sob altas pressões. Também participaram desses experimentos pesquisadores do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Ceará e da Universidade Federal do Piauí (UFPI). Além disso, físicos teóricos da Universidade Federal de Ouro Preto (UFOP) e da UFMG realizaram os cálculos e simulações computacionais.

A pesquisa teve financiamento do CNPq, FAPEMIG, FUNCAP, Programa Fórmula Santander e UFOP.

New journal: npj 2D Materials and Applications.

Posted on terça-feira 19 de julho de 2016

Aiming to create a top-tier interdisciplinary platform for scientists to share and promote 2D materials research and applications, npj 2D Materials and Applications is a new online-only, open access journal.

2D Materials and Applications is part of the Nature Partner Journals (npj) series, launched by Springer Nature as part of the Nature Research portfolio of journals, and published in partnership with the Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa (FCT Nova) with the support of the European Materials Research Society (E-MRS).

npj 2D Materials and Applications will publish original papers, review articles and short communications to reflect the latest breakthrough and developments taking place in all aspects of 2D materials, including allotropes (different structures of the same element) and compounds, ultralight composite materials, their properties (including mechanical properties), and their isolation, synthesis and manufacturing.

The journal will also publish research relating to the use of 2D materials in applications such as photovoltaics, optoelectronics and photonics, semiconductors, sensors, electrodes, water purification/filtration/distillation, and energy storage.

Led by Editor-in-Chief Professor Andras Kis, the journal is now open for submissions.

Visit the journal website to find out more: http://www.nature.com/npj2dmaterials/

See flyer here.

Artigo em destaque. Origamis nanométricos: deformação organizada de materiais bidimensionais.

Posted on quarta-feira 1 de julho de 2015

O artigo científico com participação de membros da comunidade brasileira de pesquisa em Materiais em destaque neste mês é: Crystal-oriented wrinkles with origami-type junctions in few-layer hexagonal boron nitride. Oliveira, Camilla K.; Gomes, Egleidson F. A.; Prado, Mariana C.; Alencar, Thonimar V.; Nascimento, Regiane; Malard, Leandro M.; Batista, Ronaldo J. C.; de Oliveira, Alan B.; Chacham, Helio; de Paula, Ana M.; Neves, Bernardo R. A. Nano Research. 2015, 8(5): 1680–1688. DOI: 10.1007/s12274-014-0665-y.

Origamis nanométricos: deformação organizada de materiais bidimensionais.

Camilla Oliveira operando o microscópio de força atômica na UFMG.

Camilla Oliveira estava na Universidade Federal de Minas Gerais (UFGM) estudando amostras de nitreto de boro hexagonal (h-NB) com um microscópio de força atômica (AFM), no marco de seu doutorado em Física, quando uma particularidade das amostras controle chamou a atenção dela e de seu orientador, o professor Bernardo Neves. Após passar por um tratamento térmico (annealing), o h-NB tinha ganhado dobras nanométricas dispostas num padrão geométrico que parecia seguir algum tipo de organização.

Os pesquisadores decidiram estudar essas dobras mais detalhadamente. Eles tinham uma pergunta importante para responder: existia alguma relação entre a disposição das dobras e a estrutura cristalina do h-NB?. Em outras palavras, tinham essas dobras uma orientação cristalográfica? Até o momento, não havia registros na literatura científica de materiais bidimensionais com dobras com orientação cristalográfica, mas essa propriedade poderia ser útil.

lattice hBN — Rede cristalina do h-NB, bidimensional (1 átomo de altura).

Camilla e seu orientador se uniram a outros cientistas da UFMG e da Universidade Federal de Ouro Preto (UFOP) para realizar a pesquisa. A equipe fabricou amostras formadas por algumas camadas de h-NB ancoradas sobre um substrato de silício e as submeteu a um tratamento térmico consistente em aquecimento a 1.000 °C e posterior resfriamento. Durante esse tipo de processo, o silício e o nitreto de boro apresentam comportamentos opostos entre si com relação à deformação. Em decorrência do aquecimento, enquanto o h-NB se contrai, o silício se expande, esticando o h-NB. Já no resfriamento, o h-NB expande e o silício contrai, dobrando o nitreto de boro como papel de origami.

Depois de muito trabalho experimental usando diversas técnicas e abordagens, e de várias simulações, os cientistas puderam confirmar que as dobras formavam-se em direções bem definidas dentro da rede cristalina. Analisando em detalhe o padrão de dobras, os cientistas repararam nas junções de formato triangular nas quais as dobras (geralmente três delas) se uniam.

AFM rugas — Imagens de AFM de: um floco de h-NB de 10 nm de espessura após o tratamento térmico apresentando um padrão de dobras com orientação cristalográfica (esquerda); detalhe de uma típica junção (direita). A altura média das dobras é de 10 nm.

Detalhe: segundo comprovaram os cientistas de Minas Gerais, para que sejam formados padrões de dobras com orientação cristalográfica, o tratamento térmico deve consistir em um aquecimento rápido seguido de um esfriamento lento (por exemplo, citando as taxas usadas na pesquisa, de 50 °C por minuto para aquecer e 8 °C por minuto para resfriar). Taxas de esfriamento mais rápidas produzem dobras dispostas de maneira desordenada e sem orientação cristalográfica.

Os pesquisadores também concluíram que esse tipo de deformação organizada poderia acontecer não apenas com o h-NB, mas também com outros materiais bidimensionais, como o grafeno, e que poderia ter interessantes aplicações na “straintrônica” (straintronics) – área do conhecimento que estuda e explora a condição de alguns materiais de ter algumas de suas propriedades profundamente alteradas em consequência de processos de deformação.

Os resultados do trabalho foram recentemente publicados pelo prestigiado periódico científico Nano Research.

“Na minha opinião, a principal contribuição do artigo é mostrar uma propriedade que pode ser comum a muitos materiais bidimensionais: a deformação organizada, isto é, em direções cristalográficas bem definidas, de um material na escala nanométrica”, resume o professor Neves, que é o autor correspondente do artigo.

A pesquisa contou com financiamento da Capes, CNPq, Fapemig e do INCT-Nanocarbono.

Gente da nossa comunidade: entrevista com o pesquisador Helio Chacham.

Posted on quinta-feira 5 de março de 2015

Durante sua infância e adolescência em Belo Horizonte, nas décadas de 1960 e 1970, não faltaram estímulos para que começasse a crescer em Helio Chacham a semente de cientista. Na fase dos estudos universitários, após iniciar o curso de Engenharia Elétrica, Chacham acabou optando pela Física. E foi nessa área que realizou, na Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG), sua graduação, mestrado e doutorado.

Pouco depois de finalizar o doutorado, ingressou na UFMG como professor adjunto e, em seguida, partiu para os Estados Unidos para fazer um estágio de pós-doutorado de cerca de dois anos na Universidade de Califórnia em Berkeley. De volta a Minas Gerais, coordenou o programa de pós-graduação em Física da UFMG, entre 1995 e 1997. De 1999 a 2000 retornou aos Estados Unidos para realizar um segundo estágio de pós-doutorado, na Universidade de Texas em Austin. Em 2004, tornou-se professor titular da UFMG.

Ao longo de 30 anos de atividade científica, o professor Chacham tem estudado diversos materiais a partir da investigação teórica, baseada no uso intensivo de cálculos computacionais, embora em numerosas oportunidades ele tenha trabalhado em colaboração com grupos de pesquisa experimental. No início de sua carreira, Chacham fez aportes importantes ao estudo das propriedades de materiais sob ultra-alta pressão. Desde meados da década de 1990, o pesquisador tem se dedicado, junto a seu grupo e colaboradores, a prever, verificar e explicar fenômenos que ocorrem em nanomateriais e materiais bidimensionais, realizando, também nesse tema, contribuições significativas.

Atualmente com 55 anos, Helio Chacham é bolsista de produtividade do CNPq de nível 1 A. É autor de cerca de 100 artigos publicados em periódicos internacionais de revisão por pares, os quais contam com mais de 1.800 citações. Chacham é subcoordenador do Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia (INCT) de Nanomateriais de Carbono. Em dezembro de 2014, foi eleito membro titular da Academia Brasileira de Ciências (ABC).

Segue uma entrevista com o cientista.

Boletim da SBPMat: – Como se despertou seu interesse pela ciência? O que o levou a se tornar um cientista e a trabalhar em Física da Matéria Condensada?

Helio Chacham: – Minha infância se passou nas décadas de 60 e 70, quando havia um grande interesse por ciência e tecnologia – em parte devido à corrida espacial e a ida à lua. Na infância e adolescência, sempre tive acesso a livros de divulgação científica – lembro-me do “O Universo” de Isaac Asimov – e também de ficção científica (vários também do Asimov). Nesta época também colecionei kits de experimentos de ciência que eram vendidos em bancas de jornal – eram ótimos kits com materiais e instruções para experimentos, incluindo também pequenos textos sobre os cientistas associados aos experimentos. Nas escolas que frequentei a partir da 5ª série (Centro Pedagógico da UFMG e Colégio Técnico da UFMG) havia bons laboratórios e bons professores de ciência, que também me estimularam nesta direção.

Ao entrar na universidade (UFMG) iniciei como estudante de Engenharia Elétrica, mas após o primeiro ano verifiquei que meu interesse maior era nas áreas e Física e Computação. Mudei para o curso de Física e fiquei por algum tempo como estudante de iniciação em Ciência da Computação. Passei na seleção ao mestrado em ambos – Física e Computação – e acabei optando pelo primeiro. A partir daí, dediquei-me à pesquisa em Física da matéria condensada, talvez por estar de alguma forma relacionada aos meus interesses anteriores (engenharia e computação).

Boletim da SBPMat: – Quais são, na sua própria avaliação, as suas principais contribuições à área de Materiais?

Helio Chacham: – Nos anos 90 dediquei-me principalmente à investigação teórica de propriedades de materiais sob ultra-alta pressão. Estas propriedades são relevantes, por um lado, sob o ponto de vista acadêmico, porque permitem investigar condições similares às de interiores planetários. Por outro, estas propriedades determinam limites de dureza de materiais, como o diamante. Minhas maiores contribuições nesta área foram a determinação da pressão acima da qual o hidrogênio se torna um metal – o que ocorre no interior de Júpiter – e a determinação teórica de uma das medidas de dureza do diamante, o ideal shear strength.

A partir de meados dos anos 90 iniciei uma linha de pesquisa em nanomateriais. Esta tem sido uma das áreas de pesquisa mais ativas em materiais, desde a descoberta dos fulerenos e nanotubos de carbono. Minhas primeiras contribuições na área, em colaboração com estudantes, foram a previsão de morfologias de fulerenos de nitreto de boro e a previsão da transformação das propriedades eletrônicas de nanotubo de carbono – de isolante para metálico – quando submetidos a compressão. Este último fenômeno só foi comprovado experimentalmente vários anos depois, em um trabalho em colaboração com experimentais em meu próprio departamento – o departamento de Física da UFMG. Estas colaborações teórico/experimental tiveram uma profícua continuidade até os dias de hoje, o que nos tem permitido prever, verificar e explicar diversos novos fenômenos em nanotubos de carbono, grafeno e materiais bidimensionais, fenômenos estes tais como: a compressibilidade dinâmica negativa em grafeno; a cristalização de rugas em nitreto de boro; e a exfoliação do talco até o limite de única camada, de maneira semelhante à do grafeno, e a determinação das propriedades deste novo material bidimensional.

Durante todos estes projetos sempre me preocupei em formar mestres e doutores, cujas teses versaram em propriedades eletrônicas e estruturais de nanotubos, fulerenos, DNA, nanopartículas, nanofios, grafeno, e outros materiais bidimensionais. Estes ex-estudantes são agora professores e pesquisadores tanto na UFMG como em outras universidades, e tem realizado diversos projetos, principalmente na área de nanomateriais.

Boletim da SBPMat: – No ano passado você foi eleito membro titular da Academia Brasileira de Ciências (ABC). Comente o que significa para você essa distinção e como você vê seu papel dentro da ABC.

Helio Chacham: Agradeço profundamente o apoio de meus colegas da Academia na eleição. Tomarei posse em maio, e poderei a partir de então procurar formas de contribuição à ABC, seja pela participação em comissões ou em projetos específicos da Academia, como a colaboração com Academias de Ciências de outros países, em uma das quais já participei (Brasil/Índia) antes de ingressar como membro. Como já venho prestado serviços à comunidade, seja por exemplo como membro de comitê assessor do CNPq ou coordenando projetos em nanomateriais, creio que minha eleição me permitirá continuar a contribuir para a comunidade de pesquisadores em diversas formas.

Boletim da SBPMat: – Deixe uma mensagem para nossos leitores que estão iniciando suas carreiras de cientistas.

Helio Chacham: – Baseando-me em minha experiência profissional até o momento, eu talvez possa dar algumas sugestões – que podem ser úteis ou não dependendo da personalidade de cada um, é claro:

a) Trabalhe naquilo que realmente o entusiasme – a carreira de pesquisador é uma das poucas que lhe permitem isto.

b) Procure áreas de pesquisa em que há muitos problemas a serem resolvidos, ou novos materiais sendo produzidos, e que estejam consistentes com o ítem (a) acima. Para isto, é importante estar sempre em dia com a literatura científica da área.

c) Domine as metodologias que usa tão profundamente quanto possível. Isto lhe permitirá atacar problemas difíceis e relevantes.

d) Esteja disposto a sempre estudar e aprender novas metodologias – isto lhe dará a flexibilidade e a habilidade de procurar novos problemas e áreas de pesquisa, assim como colaborar com pesquisadores que utilizam outras metodologias. A ciência evolui continuamente, e sempre.