Estão presentes em dispositivos usados em procedimentos médicos amplamente praticados para diagnosticar ou tratar problemas de saúde. Fazem parte do corpo humano, de modo temporário ou definitivo, e interagem, de maneira mais ou menos ativa, com os sistemas biológicos nos quais estão inseridos. Claro, estamos falando dos biomateriais. Exemplos desses materiais são muito numerosos. Um deles é o stent que libera fármacos para conseguir melhores resultados na abertura de artérias que estão se obstruindo. Outro exemplo é o da prótese óssea que promove a regeneração do tecido natural que está substituindo temporariamente.
Biomateriais é o tema da palestra plenária do XIV Encontro da SBPMat a cargo de Paul Ducheyne. Na palestra, Ducheyne aboradrá, em particular, dois tipos de biomateriais: cerâmicas bioativas com funcionalização in situ e materiais sol-gel nanoporosos que liberam fármacos e outras moléculas.
Ducheyne é professor de Bioengenharia (a aplicação da Engenharia a questões relativas a sistemas biológicos) e de Pesquisa em Cirurgia Ortopédica, na Universidade de Pennsylvania (Penn), nos Estados Unidos. Ele também é diretor do Centro de Materiais Bioativos e Engenharia de Tecidos, um grupo de pesquisa multidisciplinar que congrega cientistas dos departamentos de Engenharia, Odontologia e Medicina da Penn. Além disso, é professor convidado especial na Universidade de Leuven (KU Leuven), na Bélgica, onde obteve seus diplomas de MSc e PhD em Ciência e Engenharia de Materiais.
Paul Ducheyne é autor ou editor de uma série de livros sobre biomateriais; em particular, ele é editor-chefe de “Comprehensive Biomaterials”, um livro de 3.650 páginas divididas em 6 volumes, publicado em 2011 pela editora Elsevier. Dono de um índice H de 58, ele tem cerca de 330 artigos científicos publicados com mais de 10.000 citações – das quais umas 2.600 pertencem a seus 10 artigos mais citados. Ducheyne também é autor de mais de 40 patentes. Além disso, organizou várias conferências e simpósios da área de Biomateriais, começando na década de 1980.
Em 1992, Ducheyne fundou a empresa Orthovita, dedicada a produtos para tratar ossos lesionados e para coibir hemorragias. Foi seu presidente até 1999. Em 2011, a empresa passou a fazer parte da Stryker Corporation, uma das líderes no mercado de tecnologia para medicina.
Paul Dycheyne foi secretário da Sociedade Europeia de Biomateriais, presidente da Sociedade de Biomateriais dos Estados Unidos e da Sociedade Internacional de Cerâmicas para Medicina. Entre outros prêmios e distinções, recebeu, em 2008, o C. William Hall Award da Sociedade de Biomateriais. Ducheyne fez ou ainda faz parte do conselho editorial de periódicos científicos das áreas de Biomateriais, Biocerâmicas, Bioengenharia, Engenharia de Tecidos, Ortopedia e Odontologia.
Segue uma entrevista com o cientista.
Boletim da SBPMat: – Conte-nos brevemente o que o levou a se dedicar aos biomateriais.
Paul Ducheyne: – Eu sempre me interessei por medicina. Além disso, quando me formei (nos anos 70), eu já previa o declínio da indústria siderúrgica no Ocidente, e não queria ser atingido por isso. Daí veio o meu afastamento radical da ciência de materiais na época.
Boletim da SBPMat: – Como conseguiu fazer a fusão entre Ciência de Materiais e Biologia na sua carreira científica?
Paul Ducheyne: – Esse é “O” tema central da pesquisa em Biomateriais.
Boletim da SBPMat: – Quais são, na sua opinião, suas contribuições mais significativas no campo dos biomateriais? Explique-as muito brevemente e compartilhe as referências dos artigos ou livros gerados, ou comente se esses estudos geraram patentes, produtos ou empresas.
Paul Ducheyne: – Muita gente conhece minha explicação mecanicista de como os materiais sintéticos (cerâmicos) estimulam a função celular e levam à formação de tecido. Mais recentemente, meu uso de cerâmicos processados por sol-gel para a liberação controlada de uma variedade de medicamentos e fatores de crescimento também tem sido muito bem considerado. Por último, publiquei diversos trabalhos sobre vários assuntos (como o crescimento de tecido ósseo em materiais porosos, o comportamento mecânico do cimento ósseo e a biocompatibilidade do titânio) que são altamente citados.
“Dispositivos Eletrônicos Orgânicos” é o tema da palestra plenária que será proferida pelo Professor Alberto Salleo no XIII Encontro Anual da SBPMat. O professor Salleo dirige um grupo de pesquisa na Universidade de Stanford (EUA), voltado para o desenvolvimento de novos materiais e técnicas de processamento para dispositivos eletrônicos / fotônicos de áreas amplas e flexíveis. Salleo se formou em Química, com láurea acadêmica, em 1994 pela Universidade La Sapienza, de Roma (Itália). Concluiu seu mestrado em 1998 e seu doutorado em 2001, em Ciência de Materiais, pela Universidade de California, Berkeley (EUA). Ele passou 4 anos no Centro de Pesquisa Palo Alto (EUA) antes de se juntar ao Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais da Universidade de Stantford em dezembro de 2005. Salleo é Editor Principal da MRS Communications, Editor Associado do Journal of Electronic Materials, e membro do Conselho Consultivo do Journal of Organic Electronics. Recebeu o Early Career Achievement Award da SPIE, a sociedade internacional de Óptica e Fotônica, e o 3M Untenured Faculty Award, entre outras honras. Ele é autor ou coautor de mais 140 trabalhos em periódicos com revisão por pares, bem como de 6 capítulos de livros, além de ser o coautor de um livro sobre eletrônica flexível.
Confira abaixo nossa entrevista com o palestrante.
Boletim da SBPMat: – Escolha algumas de suas publicações mais destacadas sobre eletrônica orgânica e compartilhe-as com nossos leitores.
Alberto Salleo: – Meu grupo tem se interessado, há bastante tempo, pelo papel que as imperfeições exercem no transporte nos semicondutores orgânicos. Combinamos a caracterização dos materiais para correlacionar estrutura e propriedades, realmente nos aprofundando na “Ciência de Materiais” dos semicondutores orgânicos. Em 2009, investigamos a função da estrutura das bordas de grão no transporte de cargas em semicondutores cristalinos [J. Rivnay, L. Jimison, J. Northrup, M. Toney, R. Noriega, T. Marks, A. Facchetti, A. Salleo, “Large Modulation of Carrier Transport by Grain Boundary Molecular Packing and Microstructure in Organic Semiconductor Thin Films. Implications for Organic Transistor Performance”, Nature Materials 8, 952-958 (2009)]. Depois, estendemos nosso trabalho para compreender como a microestrutura dos polímeros semicristalinos afeta a mobilidade do portador, e esboçamos algumas regras básicas para os materiais [R. Noriega, J. Rivnay, K. Vandewal, F.P.V. Koch, N. Stingelin, P. Smith, M.F. Toney, A. Salleo, “A general relationship between disorder, aggregation and charge transport in conjugated polymers“, Nature Materials, 12, 1037-1043 (2013)].
Nos últimos anos, temos nos interessado nos processos fundamentais da geração de cargas na fotovoltaica orgânica. Em colaboração com outros grupos, descobrimos o intermediário fundamental do processo de produção de cargas, que é o estado de transferência de carga termalizado. [K. Vandewal, S. Albrecht, E.T. Hoke, K.R. Graham, J. Widmer, J.D. Douglas, M. Schubert, W.R. Mateker, J.T. Bloking, G.F. Burkhard, A. Sellinger, J.M.J. Frechet, A. Amassian, M.K. Riede, M.D. McGehee, D. Neher, A. Salleo, “Efficient charge generation by relaxed charge-transfer states at organic interfaces”, Nature Materials 13, 63-68 (2014)].
O transporte de cargas em microestruturas poliméricas heterogêneas é dominado pela percolação através de regiões ordenadas.
Boletim da SBPMat: – Em sua opinião, quais são os principais desafios da eletrônica orgânica para a Ciência e Engenharia de Materiais? E quais serão as principais aplicações dos semicondutores orgânicos que veremos no cotidiano nas próximas décadas?
Alberto Salleo: – Como esses materiais apresentam ligações de van der Waals fracas, sua microestrutura é muito dependente dos processos. Esta é uma propriedade excelente para os estudos fundamentais, uma vez que ela nos permite produzir uma grande variedade de estruturas com relativa facilidade. Por outro lado, a maioria das aplicações exige que muitos (às vezes, milhares) de dispositivos sejam integrados, o que impõe restrições rigorosas sobre a reprodutibilidade das características elétricas. Alcançar o nível de reprodutibilidade necessário para construirmos circuitos minimamente complexos ainda é desafiador.
Quanto às aplicações, é importante pensar em um espaço que seja bem adaptado às propriedades únicas dos semicondutores orgânicos. Displays de OLED já estão no mercado, mas talvez no futuro possam ser acionados por transistores orgânicos para expandir ainda mais sua flexibilidade, além da sustentabilidade em sua fabricação. OLEDs também são promissores como fontes de iluminação com baixo consumo e custos reduzidos. Claro, há um progresso contínuo na fotovoltaica, e a possibilidade de os materiais orgânicos integrarem células tandem vem se tornando cada vez mais realista, enquanto descobertas fundamentais também podem torná-los competitivos como junções simples para aplicações às quais sua leveza e flexibilidade agreguem valor. Por fim, há diversas aplicações que não exigem grande velocidade, mas que se beneficiam das propriedades mecânicas dos orgânicos. Estou falando da bioeletrônica e dos eletrônicos vestíveis, os quais têm crescido significativamente nos últimos tempos. Dispositivos orgânicos têm sido usados para monitorar sinais cerebrais e entregar medicamentos em determinados pontos do organismo, além medir o batimento cardíaco ou a taxa de oxigênio sanguíneo.
Boletim da SBPMat: – Conte-nos um pouco a respeito da palestra plenária sobre dispositivos eletrônicos orgânicos que dará no XIII Encontro da SBPMat.
Alberto Salleo: – Meu interesse é compreender como a microestrutura e as imperfeições exercem uma função nas propriedades dos materiais. No fim das contas, essas relações são importantes para todos os dispositivos, portanto, considero que nosso trabalho é bastante fundamental, independentemente das aplicações. Meu objetivo na palestra é escolher um dispositivo (ainda tenho alguns meses para decidir qual!) e demonstrar exatamente como a estrutura do material, em todas as escalas, afeta o seu comportamento. Esse tipo de estudo estabelece um nexo entre os cientistas que produzem os materiais, aqueles que os processam, e aqueles que projetam os dispositivos.
Compartilhamos com nossos visitantes os arquivos das palestras plenárias recebidos até o momento, acompanhados dos resumos das palestras.
Orlando Auciello na plenária sobre UNCD.
Science and technology of multifunctional oxide and ultrananocrystalline diamond (UNCD) films and applications to a new generation of multifunctional devices/systems.
A primeira plenária do XI Encontro da SBPMat foi de Orlando Auciello, distinguished fellow do Laboratório Nacional de Argonne e, desde o dia 1 de outubro de 2012, endowed chair professor da Universidade de Texas em Dallas, nos Estados Unidos.
Na palestra, Auciello abordou, principalmente, a ciência, tecnologia e engenharia de filmes de diamante ultrananocristalino (UNCD). Esses materiais apresentam uma combinação única de propriedades, incluindo uma excelente biocompatibilidade e propriedades mecânicas e tribológicas superiores.
O palestrante também discorreu sobre a integração dos filmes UNCD em uma nova geração de dispositivos e sistemas voltados a diversos setores da indústria, principalmente o micro/nanoeletrônico e o biomédico. Segundo Auciello, existe um mercado pronto para receber esses produtos.
Entre os numerosos exemplos de aplicações apresentados na palestra, um dos mais impactantes foi o do revestimento de UNCD usado para viabilizar a implantação de um microchip na retina humana com o objetivo de recuperar a visão de pessoas cegas.
Em sintonia com a proposta desta edição do encontro da SBPMat de incluir o tema da transformação do conhecimento da área de Materiais em inovação, Auciello apresentou duas empresas, das quais ele foi co-fundador, que comercializam produtos baseados em filmes UNCD, a Advanced Diamond Technologies e a Original Biomedical Implants.
Bernd Mayer, do Instituto Fraunhofer, no XI Encontro da SBPMat.
Na palestra realizada no dia 24 de setembro no início da tarde, o IFAM (Instituto de Tecnologia de Manufatura e Materiais Avançados) do Instituto Fraunhofer (Alemanha) foi apresentado por seu diretor, Bernd Mayer.
No início da palestra, Mayer lembrou Josef von Fraunhofer (1787-1826) por seu empenho em transformar invenções em inovações. “É o que ainda tentamos fazer no IFAM”, disse.
Mayer compartilhou com o público experiências de pesquisa e desenvolvimento no IFAM, mais precisamente, na Divisão de Tecnologia de União Adesiva e Superfícies, à qual se referiu como um grupo especialista em interfaces. Em alguns casos, o palestrante relatou processos de desenvolvimento que se iniciaram com pesquisa básica e culminaram com produtos do interesse do mercado.
Entre outros casos, Mayer descreveu um tratamento a plasma usado para revestir moldes de aço. Com o revestimento, o processo de desmoldagem é facilmente realizado, eliminando a necessidade de utilizar produtos para soltar o conteúdo do molde, com uma série de vantagens na produção quanto a custos e qualidade.
Mayer também citou alguns exemplos de desenvolvimento de tecnologia inspirados na natureza, como um revestimento para uso na indústria aeroespacial usado para reduzir o arrasto, inspirado na pele do tubarão.
Localizado na cidade de Grenoble (França), o Minatec reúne, em um quilômetro quadrado, pesquisa, educação e indústria. Os recursos materiais para P&D (laboratórios e salas limpas) estão organizados na forma de plataformas “por atividade” (nanocaracterização, CMOS 200, design, nanobiotecnologia, entre outras). As plataformas são compartilhadas por pesquisadores, estudantes de graduação e pós-graduação e profissionais de empresas.
Nesse ambiente que visa promover a colaboração, surgem os principais agentes de transferência de tecnologia do campus, asstartups, empreendimentos criados por pesquisadores a partir de ideias que envolvem a aplicação de pesquisa. Segundo Guibert, o mais importante para conseguir implementar o modelo de transferência porstartups é criar uma cultura da transferência tecnológica, além de contar com pesquisadores de bom nível e dar apoio a eles em questões como estudos de mercado e propriedade intelectual. Para difundir essa cultura, Guibert promove apresentações abertas à comunidade do campus sobre casos de sucesso de pesquisadores que fundaram empresas de base tecnológica.
Outra atividade importante do Minatec é a dos contratos de P&D com empresas que chegam ao campus em busca de recursos materiais e humanos para viabilizar seus projetos de inovação. Esses contratos são responsáveis por mais de 60% da receita do Minatec. De acordo com o diretor, quando as startups se transformam em empresas consolidadas, os investimentos feitos nelas voltam ao campus por meio dos contratos que acabam fazendo com o Minatec.
No final da palestra, Guibert apresentou vários exemplos de startups do segmento de nanomateriais.
Mrityunjay Singh, do Instituto Aeroespacial de Ohio, ligado à NASA.
Integration science and technology of advanced ceramics for energy and environmental applications.
A palestra vespertina do dia 26 abordou o conceito de ciência e tecnologia de integração, que se refere, na visão do palestrante Mrityunjay Singh, ao conhecimento necessário para incorporar um material (no caso, cerâmicas avançadas) a sistemas e componentes. O conceito inclui as tecnologias para unir ou fixar mecanicamente, em diversas escalas, cerâmicas com cerâmicas ou compósitos, e cerâmicas com metais.
Cientista chefe do Instituto Aeroespacial de Ohio, ligado ao Centro de Pesquisa Glenn da NASA, Singh começou a palestra falando sobre o importante papel que as cerâmicas avançadas desempenham ou podem desempenhar no segmento de energia, tanto na geração da energia quanto na sua acumulação, distribuição, conservação e eficiência.
Durante a palestra, Singh mostrou que, para ter sucesso na incorporação de cerâmicas, criando sistemas robustos e de desempenho adequado, alguns fatores essenciais são a seleção dos melhores materiais e o encaminhamento adequado dos problemas dos sistemas, em especial, das interfaces.
O palestrante compartilhou alguns exemplos de integração de cerâmicas no segmento de energia, como o de componentes de turbinas a gás e o de injetores de gasolina que podem reduzir as emissões dos motores.
Nas conclusões, Singh reforçou que as tecnologias de integração são essenciais para avançar nas aplicações das cerâmicas avançadas no setor de energia. O cientista destacou que esse avanço ainda apresenta muitos desafios, não apenas na compreensão dos efeitos envolvidos na integração dos materiais, como também no desenvolvimento de modelos preditivos e na padronização de testes.
Saiba mais.
Veja o arquivo desta palestra plenária, gentilmente cedido pelo autor, que também disponibilizou o e-mail dele para pessoas interessadas em mais informações ou colaborações: m.singh@juno.com.
O francês Dubois falou sobre materiais intermetálicos.
How complexity can help: the case of Aluminum-based intermetallics.
Na última palestra plenária do XI Encontro da SBPMat, o pesquisador Jean Marie Dubois, que dirige o instituto de pesquisa Jean Lamour de Nancy (França) falou sobre um grupo de materiais intermetálicos compostos por ligas de alumínio e outros metais como ferro, cobre ou magnésio.
Esses compostos podem ter uma grande variedade de estruturas. Alguns deles são compostos por unidades (células unitárias) muito grandes, com milhares de átomos cada uma, que se repetem periodicamente, em padrões simétricos. Outros possuem unidades muito pequenas, com apenas alguns átomos. Finalmente, há um grupo de intermetálicos baseados em alumínio no qual não podem ser identificadas essas unidades nem há, portanto, periodicidade. Estes últimos são da família dos quasicristais, cuja descoberta deu o Prêmio Nobel a Dan Shechtman em 2011.
Do número de átomos por célula unitária depende a complexidade, que pode ser quantificada por meio de um índice que foi apresentado por Dubois. E da complexidade dependem algumas propriedades dos materiais intermetálicos, conforme mostrou o professor.
Finalmente, Dubois mostrou muitas aplicações desses materiais intermetálicos baseados em alumínio. Talvez o exemplo mais lembrado seja o da liga quasicristalina com propriedades antiaderentes. Desenvolvida pelo próprio Dubois, ela substitui o famoso Teflon em algumas frigideiras e panelas que estão no mercado.
Biomateriais é o tema da palestra plenária do XIV Encontro da SBPMat a cargo de Paul Ducheyne. Na palestra, Ducheyne aboradrá, em particular, dois tipos de biomateriais: cerâmicas bioativas com funcionalização in situ e materiais sol-gel nanoporosos que liberam fármacos e outras moléculas.
