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Biofísica Aplicada 
à Biomedicina
Material Teórico
Responsável pelo Conteúdo:
Prof.ª Dr.ª Carolina Garrido Zinn
Revisão Textual:
Prof. Me. Luciano Vieira Francisco
Aplicações da Biofísica nas Ciências Biomédicas
• Radioatividade;
• Métodos Analíticos: Princípios e Aplicações da
Cromatografia, Espectrometria de Massas e Eletroforese.
• Relacionar conceitos físicos às aplicações práticas das Ciências Biomédicas;
• Compreender os princípios dos métodos utilizados para diagnóstico clínico, bem como 
daqueles utilizados em tratamentos de doenças.
OBJETIVOS DE APRENDIZADO
Aplicações da Biofísica
nas Ciências Biomédicas
Orientações de estudo
Para que o conteúdo desta Disciplina seja bem 
aproveitado e haja maior aplicabilidade na sua 
formação acadêmica e atuação profissional, siga 
algumas recomendações básicas:
Assim:
Organize seus estudos de maneira que passem a fazer parte 
da sua rotina. Por exemplo, você poderá determinar um dia e 
horário fixos como seu “momento do estudo”;
Procure se alimentar e se hidratar quando for estudar; lembre-se de que uma 
alimentação saudável pode proporcionar melhor aproveitamento do estudo;
No material de cada Unidade, há leituras indicadas e, entre elas, artigos científicos, livros, vídeos 
e sites para aprofundar os conhecimentos adquiridos ao longo da Unidade. Além disso, você tam-
bém encontrará sugestões de conteúdo extra no item Material Complementar, que ampliarão sua 
interpretação e auxiliarão no pleno entendimento dos temas abordados;
Após o contato com o conteúdo proposto, participe dos debates mediados em fóruns de discus-
são, pois irão auxiliar a verificar o quanto você absorveu de conhecimento, além de propiciar o 
contato com seus colegas e tutores, o que se apresenta como rico espaço de troca de ideias e de 
aprendizagem.
Organize seus estudos de maneira que passem a fazer parte 
Mantenha o foco! 
Evite se distrair com 
as redes sociais.
Mantenha o foco! 
Evite se distrair com 
as redes sociais.
Determine um 
horário fixo 
para estudar.
Aproveite as 
indicações 
de Material 
Complementar.
Procure se alimentar e se hidratar quando for estudar; lembre-se de que uma 
Não se esqueça 
de se alimentar 
e de se manter 
hidratado.
Aproveite as 
Conserve seu 
material e local de 
estudos sempre 
organizados.
Procure manter 
contato com seus 
colegas e tutores 
para trocar ideias! 
Isso amplia a 
aprendizagem.
Seja original! 
Nunca plagie 
trabalhos.
UNIDADE Aplicações da Biofísica 
nas Ciências Biomédicas
Radioatividade
Conceitos e Classificações das Radiações
Radiação é uma forma de energia em trânsito, emitida por uma fonte que se 
propaga pelo vácuo ou por um meio material, na forma de ondas eletromagnéti-
cas ou partículas. A forma mais comum de radiação conhecida são os raios sola-
res, mas existem equipamentos projetados pelo homem que também são capazes 
de emitir radiação, como o micro-ondas e o aparelho de raios X.
A radiação pode ser classificada como ionizante e não ionizante, de acordo 
com os seus efeitos sobre os átomos da matéria sobre a qual incide, ou seja, de 
acordo com a capacidade de ionizar a matéria – arrancar um ou mais elétrons de 
um átomo. As radiações ionizantes são aquelas que ao incidirem sobre átomos, 
fornecem energia aos elétrons, fazendo com que esses sejam arrancados de sua ór-
bita, aumentando a reatividade das substâncias. Por exemplo, se a radiação ionizar 
átomos do tecido humano, pode ocorrer quebra molecular. Se ocorrer ionização 
de uma molécula de ácido desoxirribonucleico (DNA), podem ocorrer alterações 
profundas, com sérias consequências, tais como mutações, morte celular e câncer. 
As radiações ionizantes encontram-se no extremo superior do espectro de frequ-
ências, onde encontramos os raios X, os raios gama e os raios cósmicos (Figura 1).
Por outro lado, as radiações não ionizantes apenas excitam os átomos, provo-
cando saltos quânticos eletrônicos. Ainda que as radiações não ionizantes também 
tornem os átomos mais reativos, as alterações desaparecem pelo retorno ao seu 
estado fundamental. As radiações não ionizantes compreendem desde as ondas de 
rádio até as radiações ultravioleta – raios UV. Ambos os tipos de radiação promovem 
a desagregação molecular, produzindo radicais livres, que podem acarretar lesões 
celulares (OKUNO; YOSHIMURA, 2010; RODRIGUES DE OLIVEIRA, 2002).
O ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO
RADIAÇÃO NÃO IONIZANTE RADIAÇÃO IONIZANTE
LINHA
DE ENERGIA
COMPUTADOR
TELEVISÃO
RÁDIO
BABÁ
ELETRÔNICA
CELULAR
MEDIDOR
INTELIGENTE
ROTEADOR
WI-FI
CONTROLE
REMOTO
MICRO-ONDAS
LUZ SOLAR
BRONZEAMENTO
ARTIFICIAL
RAIO-X RAIOS
GAMMA
Figura 1 – Espectro das radiações não ionizantes e ionizantes
Fonte: Adaptado de Getty Images
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Partículas Radioativas
A radioatividade é um fenômeno atômico que se origina no núcleo dos átomos 
de elementos denominados radioativos e consiste na emissão espontânea de três 
tipos distintos de radiação, designadas alfa, beta e gama, vejamos:
• Partículas alfa (α): são emitidas espontaneamente pelo núcleo de elementos pe-
sados como urânio e rádio. São compostas de 2 prótons e 2 nêutrons, com carga 
positiva +2 e número de massa 4. Apresentam grande poder de ionização em 
função de sua carga, contudo, o seu alcance é baixo, logo, possui poder de lesão 
baixo, pois não penetra muito na pele – cerca de 0,021 mm –, devido à baixa ve-
locidade e a massa consideravelmente elevada. São facilmente barradas por folhas 
de papel. Em função de suas características é pouco utilizada na Medicina;
• Partículas beta (β): são emitidas espontaneamente pelo núcleo de determi-
nados átomos. Podem ser elétrons β–, ou pósitrons β+, com número de massa 
0. Essas partículas possuem maior alcance que as partículas alfa, podendo 
penetrar cerca de 0,5 cm no tecido humano, causando queimaduras. Contudo, 
tem menor poder ionizante que as partículas alfas. Podem ser blindadas por 
materiais ricos em hidrogênio, como água e parafina, e por alumínio ou chum-
bo. São utilizadas na saúde na braquiterapia, um tipo de radioterapia no qual o 
radioterápico é inserido no órgão a ser tratado ou próximo deste;
• Partículas gama (γ): correspondem a um tipo de onda eletromagnética que acom-
panha as partículas alfa e beta. Traçam percursos maiores do que as demais partí-
culas, pois têm a velocidade da luz, não possuem carga elétrica ou massa. Podem 
atravessar o corpo humano e são blindadas apenas por grossas placas de chum-
bo ou concreto. São utilizadas comumente na Medicina Nuclear para exames de 
diagnóstico com radioisótopos que emitem radiação γ, por exemplo, na tomogra-
fia computadorizada por emissão de fóton único (SPECT), na cintilografia óssea 
(OKUNO; YOSHIMURA, 2010; RODRIGUES DE OLIVEIRA, 2002).
Radioatividade: desintegração espontânea do núcleo atômico de determinados elementos 
com emissão de partículas ou radiação eletromagnética.
Radioativo: nome dado ao átomo capaz de emitir radiação. 
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Partículas Alpha α
Partículas Beta β
Raios Gamma γ
Papel
Aluminum
Chumbo
Figura 2 – Penetração dos diferentes tipos de partículas radioativas
Fonte: Adaptado de Getty Images
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nas Ciências Biomédicas
Efeitos Biológicos das Radiações
O ser humano está constantemente em contato com radiações, seja por exposi-
ção a fontes naturais de radiação, bem como a isótopos radioativos produzidos ar-
tificialmente. Nos primórdios do estudo das radiações, muitos pesquisadores mor-
reram na busca deste conhecimento científico; Becquerel, o casal Curie e Grubbe 
foram fundamentais para a descrição e melhor compreensão dos fenômenos radio-
ativos. Além disso, os acidentes radioativos de Chernobyl, Hiroshima e Nagasaki 
auxiliaram no entendimento dos efeitos biológicos das radiações (RODRIGUES DE 
OLIVEIRA, 2002).
Descoberta da Radioatividade, em: http://bit.ly/2Z3EopY
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Ao incidir sobre órgãos ou tecidos, um feixe de radiações pode provocar lesões 
em nível molecular, celular, tecidual e orgânico, dependendodo tipo e da quantida-
de de radiação e sensibilidade dos diferentes tecidos à radiação. Os processos que 
conduzem a lesões são divididos em três fases, vejamos:
1. Física: a energia proveniente da radiação é transferida à matéria, ionizan-
do ou excitando as moléculas e os átomos, gerando produtos reativos. Esta 
etapa ocorre rapidamente, na velocidade da partícula radioativa;
2. Química: os produtos reativos – radicais livres – agem com moléculas vizi-
nhas ou entre si. Ocorre velozmente, na ordem de segundos;
3. Biológica: manifestação celular das radiolesões, ocorrendo em segundos 
ou até anos.
A radiação pode agir diretamente sobre uma molécula – por exemplo, DNA –, 
lesando-a e a tornando incapaz de desenvolver o seu papel biológico. Pode ainda 
agir de forma indireta, sobre o local onde se encontra o DNA – por exemplo, a 
água do citoplasma celular (radiólise da água), formando radicais livres neste local e, 
consequentemente, alterando o DNA (RODRIGUES DE OLIVEIRA, 2002).
Os efeitos biológicos podem ser divididos em:
• Celulares: alteram a vida e função da célula. O núcleo da célula é mais 
danificado, pois só existe uma cópia desse, diferentemente das demais 
organelas celulares, tais como as mitocôndrias, que ocorrem em maior 
número. Pode haver aumento da permeabilidade da membrana plasmáti-
ca, com liberação de enzimas, ocasionando a ruptura da célula. O rom-
pimento de cadeias polipeptídicas, quebra de pontes de hidrogênio, mo-
dificações de aminoácidos levam à perda de atividade biológica devido 
às alterações proteicas. As células com pouco citoplasma e alta taxa de 
multiplicação são as mais afetadas, tais como em tecidos embrionários, 
órgãos reprodutivos e células hematopoiéticas da medula óssea; logo, 
quanto maior a taxa de divisão e menor a diferenciação da célula, maior 
será a sua sensibilidade à radiação;
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• Genéticos: as lesões no núcleo da célula podem acarretar:
 » Mutações gênicas: que são alterações nos nucleotídeos de certos genes, 
alterando as informações contidas nestes, de modo que as proteínas sinteti-
zadas por esses genes serão modificadas;
 » Alterações cromossômicas: que são modificações do DNA de uma forma 
mais abrangente, tais como a perda, deleção ou duplicação de pedaços cro-
mossômicos ou de cromossomos inteiros.
• Somáticos: são divididos em efeitos:
 » Imediatos: manifestando-se em até 60 dias. Dependem do tempo de expo-
sição, da dose adquirida de radiação, do tecido e da resistência do organis-
mo. Por exemplo, uma dose de 1.000 Gy causa a desnaturação de todas as 
enzimas e proteínas do organismo, acarretando falência dos órgãos e óbito 
em minutos ou horas. Se a dose for de 100 Gy, o sistema nervoso será pre-
judicado, levando à falta de coordenação motora, distúrbios circulatórios e 
respiratórios, com óbito em até 2 dias. Já doses entre 10 e 100 Gy afetam o 
trato gastrintestinal, produzindo sintomas tais como náuseas, vômitos e dese-
quilíbrio eletrolítico. Doses abaixo de 10 Gy lesam a medula óssea, provocan-
do a diminuição na produção de plaquetas, leucócitos e hemácias, podendo 
ocorrer hemorragias e a supressão do sistema imunológico;
 » Tardios: ocorrem após 60 dias de exposição. Podem estimular a carcino-
gênese; o envelhecimento precoce pelo acúmulo de lesões, mecanismos de 
reparo incorretos e produção de radicais livres; e ter efeitos sobre a multipli-
cação celular, levando à infertilidade e a problemas no desenvolvimento.
Chernobyl: A História Completa, disponível em: https://youtu.be/DiGqjYkRQ6o
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Um exemplo de exposição rotineira à radiação é a exposição solar. Os raios 
ultravioletas emitidos pelo Sol são absorvidos pela pele, gerando o tom bronzeado 
que adquirimos no verão. Doses baixas e fracionadas de radiação são menos lesi-
vas, pois o nosso organismo possui mecanismos de restauração do DNA. Contudo, 
a exposição intensa, desprotegida ao Sol pode causar envelhecimento precoce da 
pele e até câncer. Os protetores solares agem através de substâncias que absorvem 
os raios UV, impedindo a sua penetração e ação nas células da pele (OKUNO; 
YOSHIMURA, 2010; RODRIGUES DE OLIVEIRA, 2002).
Radiação – Entenda de uma vez por todas: http://bit.ly/2YZGVkU
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Aplicações das Radiações
Apesar de todos os seus efeitos negativos sobre as células, as radiações não são 
vilãs, quando utilizadas de forma controlada e nas doses adequadas. Desde a sua 
descoberta, têm sido empregadas amplamente na indústria e Medicina (OKUNO; 
YOSHIMURA, 2010).
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UNIDADE Aplicações da Biofísica 
nas Ciências Biomédicas
Aplicações na Indústria
Uma das aplicações industriais mais importantes das radiações ionizantes é a 
esterilização de dispositivos médico-hospitalares, tais como materiais cirúrgicos, 
com altas doses de radiação gama – de 1 até 20 kGy. Assim, são esterilizados 
também algodão, suturas, gazes, band-aid dentro de suas embalagens, pois a ra-
diação ionizante tem alto poder de penetração, diferentemente de outros métodos 
de esterilização. Desta forma, são eliminadas todas as formas de microrganismos 
que possam estar presentes nesses materiais, tais como vírus, bactérias, fungos e 
parasitas (OKUNO; YOSHIMURA, 2010).
Alimentos também podem ser irradiados para evitar brotamento, tais como ba-
tatas e cebolas; e para aumentar o tempo de prateleira, tal como o morango. 
Muitos países irradiam grãos, frutas, carnes, tubérculos e especiarias. No Brasil, 
alimentos irradiados devem conter essa informação em sua embalagem (OKUNO; 
YOSHIMURA, 2010).
Raios infravermelhos, por sua vez, são utilizados no aquecimento e cozimento de 
alimentos no forno de micro-ondas e nos controles remotos de aparelhos eletrôni-
cos (RODRIGUES DE OLIVEIRA, 2002).
Aplicações na Medicina
As aplicações das radiações na Medicina são realizadas em um campo gene-
ricamente conhecido como radiologia que, por sua vez, compreende a radiologia 
diagnóstica e Medicina nuclear, auxiliando no diagnóstico por imagem. As técni-
cas utilizadas na radiologia diagnóstica e Medicina nuclear permitem a obtenção de 
imagens do corpo, sendo que na primeira a imagem é anatômica e na segunda é 
funcional. Correspondem à principal fonte de radiação artificial para a qual somos 
expostos ao longo da vida. A radiação pode ser utilizada também como terapia 
para patologias, por meio da radioterapia (OKUNO; YOSHIMURA, 2010).
Diagnóstico por Imagem com a Utilização de Radiação Ionizante
Refere-se à obtenção de imagens com raios X, que podem ser estáticas ou di-
nâmicas. Os raios X são ondas eletromagnéticas, muito similares aos raios gama, 
de comprimento de onda muito pequeno, produzidas quando elétrons em desloca-
mentos são submetidos a uma desaceleração muito brusca, que o faz perder toda 
a sua energia ou uma parte significativa desta. Ao realizar raios X de tórax, por 
exemplo, o feixe emitido pela ampola atravessa o paciente, incidindo sobre o filme 
fotográfico. As regiões mais claras indicam estruturas mais densas e espessas, tais 
como os ossos, os quais atenuam mais a radiação que o tecido mole. A atenuação 
também pode indicar alterações no tecido, tais como inflamações, infecções ou a 
presença de nódulos benignos ou malignos. Nos raios X ocorre a superposição de 
órgãos, o que pode prejudicar a visualização. Para facilitar a visualização de alguns 
órgãos, utiliza-se contrastes que absorvem mais ou menos raios X que os tecidos 
vizinhos. O ar é um excelente contraste; por isso, ao realizar raios X de tórax, o 
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técnico pede para o indivíduo encher o pulmão de ar. Compostos de iodo são in-
jetados no fluxo sanguíneo para obter imagens de artérias, enquanto compostos 
de bário são ingeridos para visualizar órgãos do trato gastrointestinal. Os exames 
de raios X são utilizados para verificar fraturas, tumores e imagens odontológicas. 
A blindagem contra as radiações é feita com chumbo (CARVALHO; OLIVEIRA, 
2017; OKUNO; YOSHIMURA, 2010).
Como funcionam os Raios X, em: https://youtu.be/hST9DRCwBto
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Tomografia ComputadorizadaA tomografia computadorizada utiliza uma ampola que emite feixes de raios X, 
assim como na radiografia convencional. A diferença é que essa ampola gira em tor-
no do paciente, bem como os seus detectores – como se fossem várias “chapas” de 
raios X. Desta forma, é realizada uma varredura do local a ser examinado, com 300 
a 600 exposições de ângulos diferentes do paciente. São obtidas imagens de planos 
de cortes sucessivos de 1 a 10 mm, como se observássemos fatias seccionadas do 
corpo. Com o auxílio da informática e Matemática, é possível reconstruir esses cortes 
de forma a montar as imagens finais (Figura 3). Com o advento do tomógrafo, por 
exemplo, é possível medir o tamanho de um tumor ou de artérias calibrosas como a 
aorta, em função da ausência de superposição de órgãos que ocorre na radiografia 
convencional, além de ser um método de diagnóstico por imagem com melhor reso-
lução (OKUNO; YOSHIMURA, 2010; RODRIGUES DE OLIVEIRA, 2002).
Figura 3 – Tomografi a computadorizada
Fonte: Wikimedia Commons
Nesta imagem é possível visualizar o feixe de raios X que é emitido pelo 
equipamento de um lado e detectado no lado oposto (a 180 graus). Ao atra-
vessar o crânio do paciente, os raios X serão absorvidos e dispersos de 
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UNIDADE Aplicações da Biofísica 
nas Ciências Biomédicas
acordo com as diferentes densidades dos tecidos. Tal processo se repete ao 
redor do paciente, em 360 graus. O computador, então, processa as ima-
gens, reconstruindo-as. Quanto mais denso o tecido, mais branco aparece-
rá; quanto menos denso, mais enegrecida será a sua imagem.
Medicina Nuclear
A Medicina nuclear utiliza radionuclídeos, igualmente chamados de radioisóto-
pos, como fonte de radiação aberta, injetados ou administrados nos pacientes. 
Os radionuclídeos são chamados de traçadores e a sua passagem pelo corpo huma-
no pode ser acompanhada externamente por detectores específicos. Esses elemen-
tos radioativos são ligados a moléculas ou a compostos específicos, de acordo com 
o processo fisiológico ou patológico que deve ser investigado. Essa associação entre 
um radionuclídeo e um composto é denominada radiofármaco (RODRIGUES DE 
OLIVEIRA, 2002).
Radionuclídeo: núcleo atômico instável, o qual, consequentemente, emite radiação.
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O iodo-131, na forma de iodeto de sódio, é utilizado para a obtenção de imagens 
da tireoide, a fim de detectar tumores, a hipofunção ou hiperfunção. O tecnécio-99 
metastável, possui meia-vida de 6 horas, podendo ser ligado a diversos fármacos, 
sendo utilizado em uma variedade de estudos de órgãos e sistemas. O flúor-18 as-
sociado a um análogo da glicose forma o Flúor-Deoxi-Glicose (FDG), empregado na 
tomografia por emissão de pósitron (PET) é utilizado para investigar tumores malig-
nos, uma vez que estes consomem mais energia do que os tecidos sadios vizinhos, 
bem como para avaliação da atividade cerebral (OKUNO; YOSHIMURA, 2010).
Cintilografia
Utiliza radionuclídeos que apenas são captados em enfermidades específicas. 
O radiofármaco é administrado ao paciente. Ao atingir o local desejado, o radionu-
clídeo sofre desintegrações espontâneas, gerando raios gama. Tais raios são detec-
tados pela câmara gama – ou câmara de cintilação –, um aparelho capaz de captar 
os raios gama emitidos. Os raios atravessam o colimador de chumbo, incidem em 
um cintilador de tálio, produzindo raios de luz coletados por tubos fotomultiplicado-
res, que serão convertidos em corrente elétrica. O computador detecta a corrente 
elétrica e realiza uma cartografia (RODRIGUES DE OLIVEIRA, 2002).
Radioterapia
Trata-se da terapia que utiliza radiação ionizante para o tratamento de tumores 
malignos. Baseia-se no princípio que células mais indiferenciadas, tais como as 
tumorais, são mais suscetíveis aos danos celulares e consequente morte – então 
provocados pela radiação –, do que as células sadias. Assim, irradia-se o tumor de 
várias direções. Quanto mais profundo o tumor, mais energética deve ser a radia-
ção utilizada (MOURÃO JÚNIOR; ABRAMOV, 2017; OKUNO; YOSHIMURA, 
2010; RODRIGUES DE OLIVEIRA, 2002).
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Podem ser utilizadas radiações γ, X e β–. A escolha do tratamento varia de 
acordo com a localização do tumor. Quando os tumores são mais profundos, 
recomendam-se os feixes de elétrons de alta energia, tais como os resultantes 
do decaimento radioativo do cobalto 60. Preservam mais a pele, pois a sua 
dosagem superficial é com menor voltagem. Para o tratamento de tumores de 
pele, as radiações de menor energia são escolhidas, por afetarem com maior 
intensidade os tecidos mais externos. As partículas β– são as mais vantajosas, já 
que a sua energia é concentrada, em parte, sobre os tecidos mais superficiais, 
tornando essa técnica mais precisa quanto à localização do tecido tumoral e 
menos dependente de formação de radicais livres do oxigênio. A fonte emissora 
de radiação é colocada a certa distância do paciente e bombardeia um feixe de 
partículas exatamente sobre a área da pele adjacente ao local em que existe um 
processo cancerígeno (MOURÃO JÚNIOR; ABRAMOV, 2017; RODRIGUES 
DE OLIVEIRA, 2002).
Quando a radioterapia é aplicada diretamente no tecido afetado, denomina-se 
braquiterapia. Neste caso, as substâncias radioativas que emitem partículas β– são 
injetadas diretamente sobre o câncer (MOURÃO JÚNIOR; ABRAMOV, 2017).
Proteção radiológica: como as radiações não são vistas nem sentidas, precauções devem 
ser tomadas para limitar riscos e prevenir acidentes, especialmente para trabalhado-
res da área de diagnóstico por imagem, tal como o biomédico. Deve-se permanecer o 
mínimo de tempo possível próximo à fonte de radiação, trabalhar a máxima distância 
possível da fonte de radiação e utilizar as blindagens adequadas para atenuar a radiação. 
Para tanto é utilizada a dosimetria, processo de medida dos níveis de radiação em um 
corpo ou em um local. Isto é realizado através do dosímetro, um aparelho utilizado para 
efetuar a dosimetria, que medirá a atividade radioativa, ou seja, o número de emissões 
radioativas por segundo (MOURÃO JÚNIOR; ABRAMOV, 2017).
Diagnóstico por Imagem Sem Emissão de Radiação Ionizante
Ultrassonografia
A ultrassonografia, ou – como é popularmente conhecida – ecografia ou ultras-
som, baseia-se no princípio de reflexão das ondas sonoras de alta frequência 
focadas em órgãos internos. É utilizada para diversos fins, tal como para a visua-
lização do abdome e pelve, por exemplo, na avaliação do desenvolvimento fetal.
O ultrassom não transmite radiação ionizante – por este motivo pode ser utilizado 
em mulheres grávidas (RODRIGUES DE OLIVEIRA, 2002).
O princípio do método baseia-se em um transdutor vibratório, que tanto trans-
mite quanto capta ondas sonoras de alta frequência. A imagem bidimensional é 
produzida a partir do padrão de reflexão e refração das ondas em diferentes teci-
dos. A imagem formada depende do tempo que a onda demorou para chegar ao 
tecido-alvo e retornar ao transdutor, fornecendo a informação de profundidade e in-
tensidade do eco captado pelo transdutor. Uma camada de gel é utilizada para me-
lhorar o acoplamento do transdutor à pele (RODAS DURAN, 2003; RODRIGUES 
DE OLIVEIRA, 2002).
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UNIDADE Aplicações da Biofísica 
nas Ciências Biomédicas
O efeito Doppler ocorre quando existe um movimento relativo entre a fonte gera-
dora da onda – o transdutor – e o receptor das ondas. O ultrassom emite ondas sono-
ras com frequência constante, que ao incidirem sobre um objeto parado, voltam com 
a mesma frequência; porém, se as ondas incidirem sobre um objeto em movimento, 
a sua frequência de retorno será diferente: se o movimento do objeto for em direção 
à fonte, a frequência será maior; se o movimento do objeto for na direção contrária à 
fonte, a sua frequência será menor. A diferença entre as frequências obtidas permite 
a determinação da velocidade do objeto. Desta forma é possível avaliar a velocidade 
e direção do fluxo sanguíneo nos vasos, criando mapas da circulação sanguínea 
(RODAS DURAN, 2003; RODRIGUESDE OLIVEIRA, 2002).
O ultrassom pode ser utilizado também na fisioterapia para tratamentos, pois a 
vibração gerada pelas ondas de alta frequência provoca calor nos tecidos profundos.
Ressonância Magnética
A Ressonância Nuclear Magnética (RNM) é um exame complementar de diag-
nóstico por imagem que não utiliza raios X; portanto, pode ser utilizada em ges-
tantes. A resolução da imagem é superior à da tomografia computadorizada. 
A RNM fundamenta-se na propriedade de alguns núcleos atômicos de apresentar 
o fenômeno de ressonância. Ressonância é a situação na qual um corpo vibra em 
uma frequência própria, com amplitude acentuadamente maior, como resultado de 
estímulos externos que apresentam a mesma frequência de vibração do corpo.
Saiba mais sobre este assunto na página 118 da obra Biofísica essencial (MOURÃO JÚNIOR; 
ABRAMOV, 2017). Ex
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Dessa forma, durante o exame o paciente é exposto a um campo magnético 
de alta intensidade, fazendo com que emita sinais de radiofrequência – ondas ele-
tromagnéticas semelhantes às emitidas por uma emissora de rádio em Frequência 
Modulada (FM). A ressonância é particularmente evidente nos átomos de hidrogênio 
que compõem as moléculas de água, logo, as imagens são produzidas pelos próprios 
átomos de hidrogênio do paciente. A RNM é capaz de distinguir tecidos com base no 
teor de água que cada um possui. Os ossos, por exemplo, por conterem pouquíssima 
água livre, não produzem nenhuma imagem e são visualizados como manchas pretas 
(MOURÃO JÚNIOR; ABRAMOV, 2017; RODRIGUES DE OLIVEIRA, 2002).
O campo magnético de altíssima magnitude gerado pelo aparelho de RNM 
é potencialmente perigoso para os pacientes que possuem implantes metálicos 
em seus organismos – tais como marca-passos, clipes vasculares, pinos ósseos de 
sustentação etc. –, uma vez que o campo magnético pode, eventualmente, causar 
o deslocamento de tais implantes, fazendo com que saiam do lugar (MOURÃO 
JÚNIOR; ABRAMOV, 2017).
Ainda com a evolução tecnológica dos magnetos supercondutores utilizados 
para a RNM, surgiu um tipo ainda mais sofisticado de RNM, que além de estudar 
a morfologia das estruturas, é capaz de avaliar a sua função. Conhecida como 
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Ressonâ ncia Magné tica Funcional (RMF), esta técnica é realizada no mesmo apa-
relho que a RNM, poré m, com a utilizaç ã o de um software adequado, tal exame é 
capaz de marcar á reas com metabolismo mais ativo, por meio de seu maior consu-
mo de oxigê nio, fornecendo uma imagem colorida de acordo com o metabolismo 
do oxigênio. A RMF vem sendo utilizada nos estudos de neurofisiologia, tornando 
possível observar quais áreas cerebrais estão mais ativas durante a execução de 
uma tarefa (MOURÃO JÚNIOR; ABRAMOV, 2017).
Figura 4 – Funcionamento do equipamento de ressonância nuclear magnética
Fonte: Getty Images
Laser: Fundamentos e Aplicações
Sigla do inglês Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, Laser 
nada mais é que uma onda luminosa amplificada. Trata-se de um feixe concentrado 
e intenso de luz coerente, de comprimento de onda na faixa visí vel. Entretanto, 
o laser apresenta uma energia muito maior que a luz comum, pois quando os 
seus fó tons atingem determinada superfí cie ocorre a soma das energias dos fó tons.
Isso se dá porque a radiação emitida pelas fontes laser apresenta três caracterí sticas 
fundamentais: ser monocromática – fó tons com o mesmo comprimento de onda 
–; coerente – fó tons emitidos em concordâ ncia de fase, ou seja, propaga-se igual-
mente ao longo do tempo e espaço –; e colimada – fó tons emitidos em uma mesma 
direção. Para produzir um raio laser é necessária uma fonte de energia – em geral, 
uma lâmpada de descarga – que excita átomos ou moléculas no interior de uma 
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UNIDADE Aplicações da Biofísica 
nas Ciências Biomédicas
cavidade ressoadora, constituída por duas superfície com elevadíssimo poder de 
reflexão. O choque dos átomos do meio com os espelhos, através de reflexões su-
cessivas, amplifica a luz e confere a esta as três características fundamentais citadas 
(MOURÃO JÚNIOR; ABRAMOV, 2017).
Em razão de sua alta capacidade de transportar energia de maneira uniforme e 
intensa, o laser é bastante utilizado em procedimentos médicos, tal como para a 
correção de miopia, tratamento de cataratas e glaucoma, cauterização de vasos e 
tumores de pele, eliminação de manchas de pele, entre outras tantas aplicações, a 
mencionar a depilação (MOURÃO JÚNIOR; ABRAMOV, 2017; RODRIGUES DE 
OLIVEIRA, 2002).
Métodos Analíticos: Princípios e Aplicações 
da Cromatografia, Espectrometria de 
Massas e Eletroforese
Cromatografia
Técnica cuja finalidade é identificar e separar substâncias presentes em uma mistu-
ra, utilizando um dispositivo conhecido como cromatógrafo, no qual a mistura passa 
por duas fases: estacionária, fixa e constituída de um material poroso que serve 
como um filtro, ligado a um suporte; e móvel, que pode ser um líquido ou gás que 
auxilia na separação da mistura. A análise se dá através do tempo ou volume de fase 
móvel que cada componente percorre no sistema, gerando um gráfico de resposta 
medida pelo detector em função do tempo ou volume (SGUAZZARDI, 2017).
Existem diferentes tipos de cromatografia, vejamos:
• Cromatografia em camada delgada: utilizada para a determinação qualita-
tiva de aminoácidos no sangue e na urina, fosfolipídios no líquido amniótico, 
rastreamento toxicológico etc.;
• Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (Clae): Conhecida comumente 
como HPLC – do inglês, High Performance Liquid Chromatography. A fase 
móvel é um líquido. Utiliza pressão para obter separações mais rápidas, tem-
peratura controlada, detectores em série e técnicas de gradiente de eluição. 
Utilizada para a determinação quantitativa de aminoácidos, Hbs, vitaminas 
e muitos outros compostos. A detecção e quantificação podem ser feitas por 
fotometria UV-visível, potenciometria – eletroquímica –, índice de refração, MS 
etc., dependendo do composto analisado;
• Cromatografia Gasosa (GS) – do inglês gas cromatography: utilizada para 
separar compostos voláteis, ou que sejam facilmente convertidos em formas 
voláteis ou em vapor – o que limita o seu uso. Apresenta alta resolução, baixos 
níveis de detecção – alta sensibilidade –, exatidão e rapidez. Vários compostos 
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orgânicos – ácidos orgânicos – e a concentração de diversos fármacos podem 
ser determinados por essa técnica (BISHOP, 2010; SGUAZZARDI, 2017).
DEGANI, A. L. G.; CASS, Q. B.; VIEIRA, P. C. Cromatografia um breve ensaio. Química nova na 
escola, v. 7, n. 1, 1998.
Disponível em: https://bit.ly/2p3K2YD 
Ex
pl
or
Espectrometria de Massas
Após a separação de substâncias pela cromatografia gasosa, é possível iden-
tificar essas substâncias se for utilizado um espectrômetro de massas como 
detector. Na espectrometria de massas – do inglês, Mass Spectrometry (MS) 
–, as substâncias separadas são bombardeadas por elétrons para que formem 
fragmentos e íons carregados. As partículas são, então, classificadas de acordo 
com a sua relação massa/carga (m/z) e contadas por um multiplicador de elé-
trons (BISHOP, 2010).
O software do equipamento possui bibliotecas e algoritmos computadorizados 
para a comparação dos espectros de massas de uma substância desconhecida com 
os obtidos na biblioteca de referência. O sistema de cromatografia gasosa acopla-
do à espectrometria de massas (GS/MS) é amplamente utilizado na toxicologia, 
especialmente na confirmação de drogas ilícitas na urina, no exame antidoping 
(BISHOP, 2010).
Podem ainda ser utilizados espectrômetros e massas em tandem (GC/MS/MS), 
obtidos pela adição de um segundo espectrômetro de massas ao sistema GC/MS, a 
fim de obter maior seletividade e para detecção de concentrações ainda mais baixas 
do analito (BISHOP, 2010).
Eletroforese
É um método de mobilização das proteínas de uma solução – como o plasma 
sanguíneo – através de um campo elétrico. As proteínas, na água, ionizam-se, 
formando grandes ânions; tendem a se aproximardo polo positivo de um campo 
elétrico, isto é , a força de campo – elétrica – produz a ruptura da inércia das prote-
ínas no meio – ou seja, uma força que produz aceleração de uma massa. Sabemos 
que proteínas têm massas moleculares muito diferentes. Logo, essa força produz 
acelerações específicas: as proteínas mais leves se aproximam mais rapidamente do 
polo positivo (MOURÃO JÚNIOR; ABRAMOV, 2017).
Na eletroforese em gel, a separação depende também do tamanho dos poros do 
gel. Para a melhor resolução de peptídeos de pesos moleculares abrangendo uma 
faixa maior é comum a utilização de gradiente do gel, de 5 a 20%, por exemplo. 
Desse modo, as proteínas grandes ficarão retidas no início da corrida e os peptí-
deos pequenos migrarão até o final do gel na eletroforese (SGUAZZARDI, 2017).
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UNIDADE Aplicações da Biofísica 
nas Ciências Biomédicas
Figura 5 – Eletroforese de proteínas em gel
Fonte: Wikimedia Commons
O gel é colocado em uma cuba contendo solução tampão e um polo posi-
tivo e um polo negativo. As amostras são aplicadas em cada poço do gel. 
Em seguida, a cuba é acoplada a um equipamento que produzirá uma cor-
rente elétrica. Desta forma, as proteínas migrarão do polo negativo para o 
polo positivo, separando-se em bandas de acordo com a sua massa molecular.
Eletroforese em gel | Biotecnologia | Biologia | Khan Academy
Disponível em: https://youtu.be/B2KLuzD_suQ E
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Na eletroforese capilar, utiliza-se um capilar estreito, preenchido por tampão de cor-
rida, no qual se adiciona a amostra. A distância percorrida pelos analitos da amostra 
é a mesma, o que difere é o tempo que cada analito demora para percorrer essa dis-
tância, chamado de tempo de migração. Assim, é gerado um gráfico de resposta em 
função do tempo, denominado eletroferograma. Uma vez que cada analito apresenta 
um tempo de migração característico, é possível identificar os analitos, ao passo que 
os picos permitem estimar a quantidade de cada um dos quais (SGUAZZARDI, 2017).
Figura 6 – Eletroforese capilar. As proteínas possuem diferentes 
tempos de migração e os picos indicam a sua quantidade
Fonte: Wikimedia Commons
Assim, a eletroforese é um método útil para analisar a composição de uma solu-
ção aquosa de proteínas. É amplamente utilizada na determinação de paternidade 
e no diagnóstico de patologias como o mieloma múltiplo e da infecção por vírus da 
imunodeficiência humana (HIV).
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Material Complementar
Indicações para saber mais sobre os assuntos abordados nesta Unidade:
 Vídeos
Chernobyl: A História Completa
https://youtu.be/DiGqjYkRQ6o
O Incrível Efeito Doppler
https://youtu.be/BDc1TcTdXZw
Como acontece a cromatografia
https://youtu.be/0m8bWKHmRMM
Espectrometria de massa
https://youtu.be/spHnG-O6wjU
 Leitura
Aplicações da Energia Nuclear na Saúde
http://bit.ly/2GkNiry
Eletroforese Capilar
QUEIROZ, S. C. N; JARDIM, I. C. S. F. Eletroforese Capilar. Universidade Estadual 
de Campinas, Instituto de Química, 2001.
http://bit.ly/2Gk9rGm
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UNIDADE Aplicações da Biofísica 
nas Ciências Biomédicas
Referências
BISHOP, M. L. Química clínica: princípios, procedimentos, correlações. 5. ed. 
Barueri, SP: Manole, 2010.
CARVALHO, R. P. de; OLIVEIRA, S. M. V. de. Aplicações da energia nuclear 
na saúde. São Paulo: SBPC, 2017.
MOURÃO JÚNIOR, C. A.; ABRAMOV, D. M. Biofísica essencial. Rio de Janeiro: 
Guanabara Koogan, 2017.
OKUNO, E.; YOSHIMURA, E. M. Física das radiações. São Paulo: Oficina de 
Textos, 2010.
RODAS DURAN, J. E. Biofísica: fundamentos e aplicações. São Paulo: Prentice 
Hall, 2003.
RODRIGUES DE OLIVEIRA, J. Biofísica para Ciências Biomédicas. Porto 
Alegre, RS: Edipuc, 2002.
SGUAZZARDI, M. M. M. U. Biofísica. São Paulo: Pearson Education do Brasil, 2017.
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