Nanobiotecnologia

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Curso de Pós-Graduação Lato Sensu a Distância 
 
 
 
 
 
 
 
Biotecnologia 
 
Nanobiotecnologia 
 
 
 
 
 
 
Autor: Marco Hiroshi Naka 
 
 
EAD – Educação a Distância 
Parceria Universidade Católica Dom Bosco e Portal Educação 
 
 
 
 
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SUMÁRIO 
 
UNIDADE 1 - CONCEITO E FUNDAMENTOS DA NANOTECNOLOGIA ............. 03 
1.1 Definição e Conceitos Fundamentais ................................................................ 03 
1.2 História .............................................................................................................. 07 
 
UNIDADE 2 - EFEITO DE CONFINAMENTO QUÂNTICO, VARIAÇÃO DE 
PROPRIEDADES EM FUNÇÃO DO TAMANHO DAS NANOESTRUTURAS ....... 12 
2.1 Confinamento Quântico ..................................................................................... 12 
2.2 Efeito de escalas nas propriedades de nanoestruturas ..................................... 15 
 
UNIDADE 3 - PROPRIEDADES DE NANOMATERIAIS ........................................ 19 
3.1 Hidrofilia e Hidrofobia ........................................................................................ 19 
3.2 Propriedades de Nanomateriais ........................................................................ 20 
3.3 Aplicações em Nanobiotecnologia .................................................................... 22 
 
UNIDADE 4 - CARACTERIZAÇÃO E PRODUÇÃO DE MATERIAIS 
NANOESTRUTURADOS ........................................................................................ 28 
4.1 Evolução das técnicas de microscopia .............................................................. 31 
4.2 Microscópio Eletrônico de Transmissão (TEM – Transmission Electron 
Microscopy) e Microscópio Eletrônico de Varredura (SEM – Scanning Electron 
Microscopy) ............................................................................................................. 32 
4.3 Microscópio de Força Atômica (AFM – Atomic Force Microscopy) ................... 36 
4.4 Processo de fabricação de nanomateriais......................................................... 41 
 
UNIDADE 5 - ATIVIDADE ATUAL EM NANOTECNOLOGIA: UNIVERSIDADES, 
INDÚSTRIAS E ÓRGÃOS REGULADORES ......................................................... 52 
5.1 No Brasil ............................................................................................................ 52 
5.2 No mundo .......................................................................................................... 59 
 
REFERÊNCIAS ....................................................................................................... 64 
 
 
 
 
 
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UNIDADE 1 - CONCEITO E FUNDAMENTOS DA 
NANOTECNOLOGIA 
O objetivo dessa unidade é apresentar o conceito de nanotecnologia, bem 
como o histórico básico do seu desenvolvimento e suas relações com a 
bionanotecnologia. 
 
 
1.1 Definição e Conceitos Fundamentais 
 
A definição do termo nanotecnologia vem da combinação de duas palavras, 
onde a última é ainda uma combinação de mais duas palavras: nano e tecnologia 
(tecno + logia). 
O primeiro termo, nano, é um dos prefixos utilizados para as potências de 
10, também conhecidas como padrões de notação científica. Tais potências são 
muito úteis, quando se trabalha com dimensões muito grandes ou muito reduzidas. 
Logo, o termo nano em nanotecnologia refere-se à tecnologia que se desenvolve na 
escala nanométrica, ou a 10-9 metros. Para se ter uma ideia do valor de 1 
nanometro, ele seria escrito como: 0,000000001 m. Uma célula cartilaginosa, 
conforme pode ser observada na Figura 1 (NAKA et al., 2005), tem um diâmetro 
médio de 20 micrômetros, ou 20m (20 x 10-6 m), o que equivaleria a 20000 nm. 
 
Figura 1 - Tecido cartilaginoso tratado com Safranin-O 
Fonte: Naka et al., 2005 
 
 
 
 
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 O tecido cartilaginoso tratado com Safranin-O permite a visualização da 
distribuição de proteoglicanas (em coloração rosa). Em a), observa-se uma camada 
superficial de proteoglicanas, a qual foi removida em uma outra amostra, conforme 
se observa em b). 
Já o termo nanobiotecnologia, nada mais é do que a aplicação de conceitos 
biológicos em nanotecnologia ou o sentido inverso, ou seja, a aplicação da 
nanotecnologia em sistemas biológicos. Ambos os conceitos se complementam, pois 
tanto a biologia pode afetar a nanotecnologia como a nanotecnologia pode afetar 
sistemas biológicos. Ou seja, a biologia, por meio de complexos mecanismos de 
síntese de proteínas em escala nanométrica, pode dar importantes subsídios no 
desenvolvimento de formas de fabricação de elementos a serem usados em 
nanotecnologia, conforme menciona Lowe (2000). 
 
Figura 2 - A escala das coisas – nanometros 
Fonte: http://www.circuitstoday.com/wp-content/uploads/2011/03/Nanotechnology.jpg 
 
A Figura 2, extraída da revista Circuit Today, de Março de 2011, no mesmo 
artigo que menciona a primeira palestra sobre nanotecnologia, conforme citado 
 
 
 
 
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anteriormente, traz uma imagem que reforça a importância da nanobiotecnologia e 
mostra a diferença das escalas, por meio de exemplos. Acessando o site da revista, 
pode-se observar com melhor clareza e qualidade os detalhes desta imagem. 
Um ponto importante a ser observado nesta mesma Figura 2 é a 
comparação dos exemplos de estruturas em escalas nanométricas encontradas na 
natureza (things natural – coisas naturais) e feitas pelo homem (things manmade). 
Nas coisas naturais, percebe-se que a formação de tais estruturas ocorrem devido a 
interações físico-químicas entre diferentes elementos, como moléculas e átomos. 
Tais interações, de natureza atrativa ou repulsiva, são responsáveis por esta 
estruturação “espontânea”. Quando se menciona “espontânea”, quer se dizer da não 
necessidade de um “instrumento físico externo” para a fabricação de tal estrutura. 
Por um outro lado, observa-se que para as estruturas originadas pela mão 
do homem, que, segundo Aristóteles, é a mais importante ferramenta que o homem 
pode usar, dependem de equipamentos e instrumentos para a sua fabricação. Ainda 
que o homem possa fabricar em laboratórios, estruturas do tipo self-assembled 
monolayer – SAM, que na tradução literal significa automontagem de monocamadas, 
que são caracterizadas pela automontagem de estruturas moleculares por meio de 
processos químicos e físicos em laboratórios, não se pode descartar que o próprio 
processo preparatório na formação das monocamadas exige o uso de equipamentos 
e instrumentos. 
A Figura 3 apresenta o mecanismo de automontagem de uma camada de 
nanopartículas suspensas em uma solução. A forma como essa camada é montada 
dependerá da superfície que será imersa nessa solução. Ou seja, em uma solução 
contendo tais nanopartículas ou moléculas de alguma substância, deve se 
mergulhar uma superfície que irá interagir com tais elementos. Essa interação 
deverá ser direcionada de acordo com o objetivo da automontagem, ou seja, a forma 
como tais elementos irão se ligar à superfície. Percebe-se que, embora teoricamente 
se possa prever que a automontagem ocorrerá, é preciso realizar experimentos para 
caracterizar a superfície após a automontagem. E esta caracterização será melhor 
discutida na unidade 4 deste material. 
 
 
 
 
 
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Figura 3 - Processo de automontagem de monocamadas moleculares 
Fonte: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Self-
Assembly_of_Nanoparticles.jpg?uselang=pt-br 
 
Percebe-se que embora o termo automontagem denote espontaneidade na 
montagem, o mesmo requer o preparo de algumas condições para que a 
automontagem ocorra de forma eficiente. E é nesse preparo que se percebe 
claramente o emprego da nanotecnologia. 
Atentando-se à Figura 3, nota-se que as nanopartículas que foram utilizadas 
precisam, de certa forma, serem fabricadas ou sintetizadasa partir de algum 
elemento. Isso requer técnicas de fabricação e instrumentação microscópica, 
podendo chegar até a escala nano. Além disto, a superfície na qual serão montadas 
as nanopartículas precisa também ser trabalhada química ou fisicamente para 
favorecer a automontagem desejada. 
Percebe-se nesse ponto, que a interação entre as superfícies possui um 
papel muito importante dentro da nanotecnologia. Tal afirmação tem como base os 
efeitos de escala, ou seja, a redução de um universo macroscópico para um 
microscópico ou nano. Torna-se necessário, com isso, uma nova forma de estudo, a 
qual é baseada em novos conceitos e fundamentos, os quais são embasados pela 
Mecânica Quântica. Tais conceitos serão abordados na Unidade 3. 
Em suma, pode-se perceber uma clara dependência da evolução de 
técnicas de microscopia com o avanço da nanotecnologia. Isso fica mais evidente, 
quando se observa a evolução histórica, que será descrita na próxima subseção 
 
 
 
 
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dessa unidade. Ou seja, a nanotecnologia depende essencialmente da evolução dos 
instrumentos de medição microscópica e equipamentos que permitem a fabricação e 
manipulação de elementos em ordem microscópica. Logo, isso também requer o uso 
de sensores de escala micro a nano, para que se possa monitorar de forma 
adequada todo o processo de fabricação e manipulação. 
 
1.2 História 
Historicamente, a primeira palestra sobre nanotecnologia foi dada pelo físico 
Richard Feynman, em 1959 (http://www.circuitstoday.com/nanotechnology). A sua 
fala concentrou-se basicamente no processo de manipulação de átomos e moléculas 
por meio de ferramentas adequadas, que ainda estavam para ser desenvolvidas. 
 
 
 
 
 
 
De acordo com essas duas revistas, Circuit Today e Ciência Hoje, embora a 
palestra de Richard Feynman tenha sido o primeiro esboço do que seria a 
nanotecnologia, foi apenas em 1974, que o termo foi utilizado e pronunciado pela 
primeira vez, pelo Professor em Ciências, Norio Taniguchi, da Universidade de 
Ciências de Tóquio. 
Todavia, a utilização da nanotecnologia pode ter ocorrido bem antes do que 
foi relatado no Século XX. Há uma interessante linha do tempo apresentada no site 
da National Technology Initiativie (www.nano.gov/timeline), onde se faz um relato de 
como a nanotecnologia se desenvolveu ao longo do tempo. A seguir, apresentam-se 
alguns importantes pontos na história da nanotecnologia, extraídas dessa 
interessante linha do tempo. 
Um interessante relato de tal palestra pode ser encontrado no 
site da revista Ciência Hoje, disponível em: 
<http://cienciahoje.uol.com.br/revista-ch/2013/308/nanotecnologia-uma-
historia-um-pouco-diferente>. Acesso em: 13 fev. 3014. 
 
http://www.circuitstoday.com/nanotechnology
http://www.nano.gov/timeline
http://cienciahoje.uol.com.br/revista-ch/2013/308/nanotecnologia-uma-historia-um-pouco-diferente
http://cienciahoje.uol.com.br/revista-ch/2013/308/nanotecnologia-uma-historia-um-pouco-diferente
 
 
 
 
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O primeiro indício do emprego de técnicas que envolve elementos da 
nanotecnologia, seria o copo de Licurgo, fabricado por volta do Século IV. Na 
Figura 4, observa-se o efeito de nanopartículas de ouro e prata misturados ao vidro, 
que muda de coloração dependendo da direção de incidência da luz. 
 
 
Figura 4 - Copo de Licurgus iluminado interiormente (esquerda) e 
exteriormente (direita) 
Fonte: British Museum (<http://migre.me/hQxeC> Acesso em 13 fev. 2014.) 
 
Ou seja, quando o copo é iluminado por dentro, ele adquire uma coloração 
avermelhada, conforme a figura à esquerda. Já na direita, o copo é iluminado pelo 
lado de fora e tem uma coloração esverdeada. Este efeito é conhecido como 
dicroísmo e um material dicroico faz com que a luz visível seja dividida em feixes 
com diferentes comprimentos de onda, o que gera o efeito de diferentes cores, 
dependendo de como a luz incide sobre o material. Este efeito ocorre no copo de 
Licurgo, conforme mencionado anteriormente, por causa das nanopartículas de ouro 
e prata misturadas ao vidro. É de consenso que tal efeito não foi projetado de forma 
proposital, ou seja, é bem provável que tenha ocorrido uma contaminação do vidro 
por partículas coloidais de ouro e prata, ou realizada uma simples mistura que 
ocasionou no efeito de dicroísmo. Em outras palavras, não havia o conhecimento 
científico que guiasse os artesãos para buscar este efeito. 
 
 
 
 
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Outro exemplo de uso de nanotecnologia em tempos antigos, sem perceber 
os fundamentos científicos da mesma, está nos sabres produzidos em Damasco, 
entre os séculos XIII e XVIII. Um exemplo desse sabre é mostrado na Figura 5. 
 
Figura 5 - Espada de Damascus 
Fonte: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:The_Damascus_Blade_2.JPG?uselang=pt-br 
 
No trabalho de Reibold et al. (2006), utilizando-se de um Microscópio 
Eletrônico de Transmissão (conhecido como TEM, do inglês: Transmission Electron 
Microscopy) de Alta Resolução, observou-se a presença de nanotubos de carbono, 
o que conferia excelentes propriedades a esses sabres. Detectou-se também a 
presença de nanofios de cementita, que poderiam ser oriundos de uma técnica 
peculiar de forja e tratamento térmico, cuja técnica se perdeu de alguma forma no 
Século XVIII. 
Esses dois últimos exemplos refletem bem como tais técnicas do passado 
baseavam-se em estruturas e elementos que são usados atualmente em 
nanotecnologia, mas que naquele momento, não se tinham os conhecimentos 
científicos para entender o que estava ocorrendo. 
 
 
 
 
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Apesar de modelos teóricos terem sido desenvolvidos com o tempo, foi com 
o advento de novas tecnologias, tanto para visualização de microestruturas como 
fabricação das mesmas, que teve um grande impulso a nanotecnologia. 
Um dos marcos desse avanço foi a criação do microscópio por emissão 
de campo, em 1936, por Erwin Müller (nano.gov/timeline), que permitiu a 
visualização de imagens com resolução atômica. Este microscópio, que será 
descrito mais adiante, na unidade 4, tem como princípio o fenômeno físico 
denominado emissão de campo, que consiste na emissão de elétrons de uma 
superfície metálica devido à presença de um campo elétrico (ANDRADE-NETO et 
al., 2009). A partir do microscópio por emissão de campo, foram desenvolvidos 
outros equipamentos que se baseiam nos mesmos princípios, tais como o 
Microscópio de Varredura Eletrônica (conhecido como SEM, do Inglês: Scanning 
Electron Microscopy) e o próprio TEM, mencionado anteriormente. 
Vale a pena destacar o desenvolvimento de um outro equipamento que 
auxiliou no progresso da nanotecnologia: o Microscópio de Força Atômica 
(conhecido como AFM, do Inglês: Atomic Force Microscopy). Maiores detalhes sobre 
este equipamento serão dados também na unidade 4. Este equipamento foi criado 
em 1986, por Gerd Binnig, Calvin Quate e Christoph Gerber (SANTOS et al., 2004). 
O microscópio de força atômica representou um grande avanço na área de 
nanotecnologia, pois o mesmo permitiu que medidas e visualizações em escalas 
nanométricas fossem possíveis. 
Outros fatos e acontecimentos marcantes que envolvem a nanotecnologia 
também impactaram o mundo e a forma de viver, tais como o surgimento de circuitos 
integrados de dimensões cada vez mais reduzidos, permitindo a melhora de 
performance e redução de tamanho de computadores, laptops, celulares, câmeras e 
outros. 
Não menos importante, até por se tratar do escopo principal deste material, 
estão os avanços relacionados com a nanobiotecnologia, os quais serão relatados 
ao longo desta apostila. 
 
http://www.nano.gov/timeline
 
 
 
 
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Exercício 1 
 
1. Assinale a alternativa correta com relação aos fundamentos básicos da 
nanotecnologia. 
A nanotecnologia trata de técnicas que envolvem elementos em escala 
microscópica. 
Os elementosnanoscópicos encontrados na natureza são gerados por processos 
físicos e/ou químicos de forma espontânea. 
Um nanômetro equivale a 0,001 m. 
No processo de automontagem de camadas moleculares, a superfície onde será 
feita a automontagem não influencia no processo. 
A nanotecnologia não depende das técnicas de microscopia. 
 
2. Assinale a alternativa correta com relação à história da nanotecnologia. 
O uso da nanotecnologia, mesmo sem o conhecimento dos seus princípios, teve 
início no século passado, por volta de 1959, com a palestra de Richard Feyman. 
O copo de Licurgo é um exemplo de uso da nanotecnologia, por meio de 
nanopartículas magnéticas misturadas ao vidro. 
Nas espadas de Damasco, detectou-se a presença de nanotubos de carbono, 
exemplo de aplicação nanotecnológica sem domínio do conhecimento. 
A partir do microscópio de emissão de campo, criou-se o microscópio de força 
atômica. 
O dicroísmo é um fenômeno magnético que ocorre em materiais submetidos à 
análise do microscópio de força atômica. 
 
 
 
 
 
 
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UNIDADE 2 - EFEITO DE CONFINAMENTO QUÂNTICO, VARIAÇÃO 
DE PROPRIEDADES EM FUNÇÃO DO TAMANHO DAS 
NANOESTRUTURAS 
O objetivo desta unidade é apresentar os efeitos de mudança da escala 
macro para nano. O entendimento de tais diferenças é fundamental na compreensão 
da nanotecnologia. 
 
2.1 Confinamento Quântico 
 
Para melhor entender o confinamento quântico, é preciso compreender 
alguns conceitos relacionados à Mecânica Quântica. A Mecânica ou Física Quântica 
difere da Clássica por causa das dimensões dos elementos que ela trata. Ou seja, a 
Física Quântica trata de sistemas físicos cujas dimensões são próximas ou menores 
que os átomos ou moléculas. Isto já é um indicativo claro de que as dimensões na 
escala nanométrica implicam em uma nova forma de lidar com a matéria, diferente 
da forma clássica. 
Para uma melhor noção, o diâmetro dos átomos varia entre 0,1 a 0,5 nm. Ou 
seja, numa escala desse porte, algumas grandezas físicas perdem significâncias 
enquanto outras começam a se tornar mais dominantes. É válido ressaltar que essa 
forma diferenciada de tratar a matéria não implica necessariamente em uma 
separação total entre o mundo macro e o nano. Por exemplo: o fenômeno da 
supercondutividade é algo perceptível de forma macro, mas que depende de 
fenômenos associados à Física Quântica. Na realidade, tudo é composto por 
átomos, ou seja, elementos que se encontram na escala nano. 
A Física Quântica emerge da necessidade de explicar-se fenômenos que 
não podem ser mais explicados pela Física Clássica, justamente devido ao 
comportamento diferenciado da matéria, quando as escalas dimensionais são 
extremamente diferentes, em termos de magnitude. O limite dimensional entre essas 
duas físicas situa-se em torno de 100 nm (DUARTE, 2008). Um exemplo clássico é o 
 
 
 
 
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ouro. Na Figura 6, tem-se soluções com nanopartículas de ouro, sendo que tais 
partículas possuem diferentes diâmetros. 
 
 
Figura 6 - Visualização de soluções contendo nanopartículas de ouro com 
diferentes diâmetros 
Fonte: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Gold255.jpg?uselang=pt-br 
 
A nível macroscópico, é claro e perceptível que a coloração do ouro é 
amarela. Mas quando reduz-se o ouro a uma dimensão nano, a sua coloração é 
alterada. O fato da coloração ser alterada está relacionada com o comportamento 
físico da matéria, visto que há uma alteração em suas propriedades óticas. Logo, 
percebe-se por meio deste exemplo, que as dimensões em nível nano é que 
determinam o tratamento da matéria pela Física Quântica. Com isso, podem-se 
observar 4 situações da matéria que auxiliam no entendimento do confinamento 
quântico. Tais situações estão ilustradas na Figura 7. 
 
 
 
 
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Figura 7 - Confinamento Quântico exemplificado num cubo de aresta de 100 
nm: a) Volume Macro/Microscópico; b) Poço Quântico; c) Fio Quântico e d) 
Ponto Quântico. 
Fonte: Elaboração própria 
 
O volume macro da matéria é considerado quando a dimensão está acima 
de 100 nm em todas as três direções do espaço, conforme mencionado 
anteriormente em referência a Duarte (2008). Todavia, quando a dimensão em uma 
das direções é reduzida à escala nanométrica, tem-se o que é chamado de “Poço 
Quântico”. Quando se amplia para duas dimensões em uma escala nanométrica, 
tem-se então, o que é conhecido como “Fio Quântico”. E por fim, quando todas as 
dimensões estão reduzidas à escala nano, tem-se o “Ponto Quântico”, muito 
conhecido em Inglês como “Quantum Dots”. 
Basicamente, os efeitos devido ao confinamento quântico ocorrem quando 
as dimensões da matéria são de tal forma reduzida, que o diâmetro da matéria é da 
mesma ordem de grandeza da função de ondas dos elétrons. Ou seja, quando uma 
partícula compõe uma matéria com a dimensão do tipo volume macro, conforme 
observado na Figura 7, ela tem um comportamento livre. Conforme se reduzem as 
dimensões, tem-se o confinamento quântico, onde as partículas já não possuem 
mais o mesmo comportamento, pois a partícula assume níveis de energia discretos 
e não mais contínuos, como é típico da matéria em escala macroscópica. 
Observa-se que o confinamento nas três dimensões do espaço, é o que 
ocorre nos pontos quânticos. Nessa situação, os elétrons e seus vazios (tipicamente 
chamados de buracos, do Inglês: holes) são espremidos em uma dimensão 
quântica, que acaba por alterar o comportamento físico da matéria. Por exemplo, 
devido à restrição do movimento dos elétrons do ouro, exemplificado na Figura 7, as 
 
 
 
 
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nanopartículas de ouro reagem de forma diferente quando expostas a uma luz. 
Alterando-se o tamanho das nanopartículas, as restrições se alteram e o seu 
comportamento ótico, por consequência, também sofre alterações. 
 
2.2 Efeito de escalas nas propriedades de nanoestruturas 
 
O exemplo da Figura 6 demonstra claramente o efeito do confinamento 
quântico e a mudança nas propriedades da matéria quando reduzida à escala nano. 
Contudo, um olhar mais cuidadoso revela outro fator interessante e relevante: a 
dependência da escala nas propriedades de nanoestruturas. 
Ou seja, as nanopartículas de ouro são constituídas de um mesmo elemento 
químico e formam pontos quânticos, mas possuem propriedades óticas diferentes 
que estão correlacionadas com o diâmetro delas. 
 
Figura 8 - Visualização de soluções contendo nanopartículas de CdSe com 
diferentes diâmetros. Da esquerda para direita, o tamanho das nanopartículas 
vão aumentando 
Fonte: http://www.nano.ugent.be/ 
 
E este fenômeno ótico dos pontos quânticos não está restrito apenas ao 
ouro, mas nanopartículas de CdSe (Cádmio e Selênio) também apresentam uma 
coloração que varia de acordo com o tamanho das nanopartículas. Na abertura do 
website do grupo de pesquisa Physics and Chemistry of Nanostructure (Do Inglês: 
 
 
 
 
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Física e Química de Nanoestruturas) da Universidade de Gent, Bélgica, tem-se uma 
bela imagem do efeito do tamanho de nanopartículas de CdSe expostas a uma luz 
do tipo ultravioleta (Figura 8). 
Os efeitos relacionados à superfície também sofrem considerável mudança 
quando a escala nano é dominante. Um exemplo clássico para entender a 
predominância do efeito de superfície é mostrada numa bela ilustração extraída do 
website da NNI (http://nano.gov/nanotech-101/special), conforme pode ser 
observado na Figura 9. 
 
Figura 9 - Aumento da área superficial para um mesmo volume, devido à 
quantização das partículas que compõe o elemento 
Fonte: http://nano.gov/nanotech-101/special 
 
Observando a Figura 9, percebe-se que ao se reduzir o tamanho dos 
elementos que compõem o volume inicial, que permanece constante, tem-se um 
significante aumento da área superficial. Nota-se que ao reduzir um cubo único de 
aresta de 1 cm paraum conjunto de cubos com arestas de 1 mm, tem-se um 
aumento de área superficial de 6 cm2 para 60 cm2, ou seja, 10 vezes mais. E no 
sentido extremo, onde todo volume é dividido em cubos, ou melhor, em nanocubos 
de 1 nm de aresta, tem-se uma área superficial de 60.000.000 cm2. Ou seja, apesar 
das dimensões globais serem preservadas (arestas de 1 cm), a área superficial de 
todos os elementos que o compõem, teve um aumento da ordem de 10 milhões de 
vezes. 
http://nano.gov/nanotech-101/special
 
 
 
 
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É por esta razão que as superfícies de contato são de extrema importância 
quando se trabalha com nanopartículas ou nanomateriais. Um dos exemplos citados 
na unidade 1 tratava-se do processo de automontagem molecular (Figura 3). Nesse 
processo, o papel da superfície onde será feita a automontagem molecular é de 
fundamental importância. Um dos parâmetros de caracterização, inclusive em 
aplicações de nanobiotecnologia, é a classificação das superfícies em hidrofílicas e 
hidrofóbicas. Na unidade 3, que trata sobre as propriedades de nanomateriais, será 
feita uma abordagem mais detalhada sobre hidrofilia e hidrofobia. 
É válido mencionar um aspecto importante do efeito do aumento da área 
superficial, que está relacionado com as possíveis aplicações da nanobiotecnologia. 
Uma delas seria a aplicação em sistemas de filtragem e outra, em processos de 
combate a bactérias. Visto que a área superficial é muito grande para uma mesma 
quantidade de material (vide Figura 9), a ação de filtragem e combate a bactérias é 
otimizada quando se usam nanopartículas, pois há um maior contato entre as 
nanopartículas e as bactérias e impurezas, por exemplo. 
No trabalho de Xu et al. (2012), há uma revisão sobre o uso de 
nanopartículas de óxido de ferro em tratamento de água, onde destaca-se a 
importância da nanotecnologia, uma vez que o consumo, e, por consequência, 
descarte de água, tem aumentado conforme aumenta a população mundial. 
Há, também, exemplos de fabricantes que utilizam nanopartículas de prata 
em meias, visto que a prata atua como bactericida e fungicida, eliminando maus 
odores nas meias (http://www.nanosilver.eu/Tema/Why-Nanosilver/Magical-Socks-
Nanosilver-with-Silver-Nanoparticles, acessado em 27 de Janeiro de 2014). 
No artigo de revisão de Dastjerdi et al. (2010), há uma relação de 
nanopartículas usadas como agentes antimicrobianos para materiais de uso na 
indústria têxtil, onde se cita também o uso de nanopartículas de óxido de titânio e 
óxido de zircônia, bem como outros. 
Em suma, observou-se nesta unidade, que os efeitos do confinamento 
quântico, quando a matéria na forma de partículas passa a comportar-se de forma 
discreta e não mais contínua, são responsáveis pelas alterações nas propriedades 
da matéria. Tais propriedades estão mais relacionadas às propriedades óticas, 
http://www.nanosilver.eu/Tema/Why-Nanosilver/Magical-Socks-Nanosilver-with-Silver-Nanoparticles
http://www.nanosilver.eu/Tema/Why-Nanosilver/Magical-Socks-Nanosilver-with-Silver-Nanoparticles
 
 
 
 
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elétricas e magnéticas, bem como àquelas associadas à superfície, como energia 
superficial que governa a hidrofilia ou hidrofobicidade superficiais. 
 
Exercício 2 
 
1. Assinale a alternativa correta com relação aos efeitos de escala em 
nanomateriais. 
A definição de ponto quântico é quando um elemento tem dimensões nanométricas 
em duas direções do espaço. 
Partículas de CdSe possuem coloração diferente devido ao formato das partículas. 
À medida que a matéria é tratada em termos de dimensões reduzidas, as 
propriedades relacionadas à superfície das partículas tornam-se irrelevantes. 
Confinamento quântico ocorre quando a matéria reduzida a partículas começa a 
comportar-se de forma discreta e não contínua. 
Nanopartículas de ouro tem a coloração amarelada, semelhante à matéria 
macroscópica. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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UNIDADE 3 - PROPRIEDADES DE NANOMATERIAIS 
O objetivo desta unidade é apresentar as propriedades de nanomateriais e, 
principalmente, a funcionalização dos mesmos para aplicações em 
nanobiotecnologia. 
 
3.1 Hidrofilia e Hidrofobia 
Conforme observado na unidade anterior, percebe-se que o comportamento 
dos materiais em uma escala nanométrica é significantemente diferenciado em 
relação aos materiais em dimensões maiores. Isto implica também em propriedades 
diferenciadas para os nanomateriais, com atenção especial para aquelas 
relacionadas à superfície dos nanomateriais. Dentre as características superficiais, 
destacam-se a hidrofilia e a hidrofobia. 
Para entender o significado de hidrofilia é importante entender também o 
significado do seu parâmetro antagônico: hidrofobia. Ambas as palavras têm sua 
origem no grego e enquanto a primeira, hidrofilia, significa literalmente afeição (filia – 
) à água (hydros - ), a segunda, hidrofobia, significa medo (phobos – 
 à água (hydros – ). Ou seja, uma superfície que tem afinidade com 
água é hidrofílica. 
A natureza da superfície, em termos de hidrofilia, é um importante 
componente para definir o comportamento de uma nanopartícula em um meio 
aquoso por exemplo. Nanomateriais usados como carreadores de fármacos que 
possuem superfície hidrofílica, não são dissolvidos com facilidade em contato com 
as células do fígado, o que permite um efeito mais duradouro dos fármacos no 
organismo. 
 
 
 
 
 
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Figura 10 - Ângulo de contato para uma superfície hidrofóbica (esquerda – 
non-wetting, do Inglês: não “molhável”) e hidrofílica (direita – wetting, do 
Inglês: “molhável”) 
Fonte: 
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f9/Surface_tension_and_angles.jpg?uselang=pt-br 
 
Uma forma de distinguir de forma experimental se uma superfície é 
hidrofílica ou não, é pela medição do ângulo de contato, conforme pode se observar 
na Figura 10. Visto que água tende a ser “repelida” quando em contato com uma 
superfície hidrofóbica, ela tenderá a formar uma configuração esférica, reduzindo a 
área de contato com a superfície. Com isso, o ângulo de contato  será menor que 
90º. Por outro lado, em superfície hidrofílica, a água tenderá a aumentar a área de 
contato, logo, ela “esparramará” sobre a superfície. Consequentemente, o ângulo de 
contato será maior que 90º. 
Outro aspecto importante da hidrofilia ou não da superfície é com relação à 
forma como a mesma irá interagir com outros nanomateriais. Um exemplo de 
material nanoestruturado, mencionado na Unidade 1 e Figura 3, são as 
monocamadas formadas por automontagem. Esse processo de automontagem 
depende essencialmente da natureza das superfícies. Daí a importância de avaliar 
as superfícies em termos de hidrofilia ou hidrofobia, por exemplo. 
 
3.2 Propriedades de Nanomateriais 
Os nanomateriais têm ganho um destaque cada vez maior devido às suas 
propriedades, que diferem em muito dos materiais convencionais de engenharia. 
Dentre as propriedades que se destacam, estão as elétricas, térmicas, ópticas e 
 
 
 
 
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magnéticas. Todavia, as propriedades mecânicas também se destacam, apesar de 
não ser uma regra geral para todo material nanoestruturado. 
Dentre os materiais nanoestruturados, em termos de propriedade mecânica, 
chama a atenção os nanotubos de carbono, cujas propriedades são extremamente 
diferentes de outros materiais convencionais de Engenharia. Obviamente, quando se 
fala de propriedades mecânicas de nanotubos, a principal dificuldade é a medição 
de tais estruturas nanométricas. Em Callister Jr. (2008), menciona-se que para 
nanotubos de carbono de parede única, que será melhor detalhado no subseção 
3.3.1., o limite de resistência à tração pode variar de 50 a 200 GPa. 
Tabela 1 - Limite de Resistência à Tração (MPa) 
Nanotubos de Carbono (parede única) 50000 
Aço 1020 420 
Aço Inoxidável304 515 
Liga de Titânio Ti-6Al-4V 790 
Fonte: dados extraídos de Callister Jr. (2008) 
Para efeitos comparativos e com base nas tabelas de propriedades 
mecânicas dos materiais do livro de Callister Jr. (2008), montou-se a Tabela 1, com 
limites de resistência à tração de alguns materiais convencionais de engenharia. 
Tabela 2 - Módulo de Elasticidade (GPa) 
Nanotubos de Carbono (parede única) 1000 
Aço 1020 207 
Aço Inoxidável 304 193 
Liga de Titânio Ti-6Al-4V 114 
Fonte: dados extraídos de Callister Jr. (2008) 
Percebe-se nitidamente, que o limite de resistência à tração é notavelmente 
diferente, variando cerca de 100 vezes mais que os das típicas ligas metálicas. Já na 
Tabela 2, são apresentados valores para o módulo de elasticidade. 
 
 
 
 
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Novamente, observa-se que os nanotubos de carbonos possuem módulos 
de elasticidade superiores às das ligas metálicas convencionais. Outra grande 
vantagem dos nanotubos de carbonos em relação aos demais materiais está 
relacionada à sua densidade, que é baixa em comparação às demais ligas, vide o 
peso atômico reduzido do carbono em relação aos demais metais. 
Uma outra vantagem dos nanomateriais, de maneira geral, é que suas 
propriedades podem ser adicionadas a outros materiais pelo processo de formação 
de compósitos, ou seja, a combinação de dois materiais distintos para a formação de 
um. Os compósitos, por definição, são caracterizados pela combinação de dois 
materiais, sendo que um é denominado reforço e o outro, matriz (SHACKELFORD, 
2008). A matriz é o material base, que preenche os espaços dos reforços, que são 
inseridos na matriz, para alterar as suas propriedades. Com isso, nanopartículas 
podem ser inseridas em matrizes poliméricas, por exemplo, para melhorar as 
propriedades das mesmas. 
 
3.3 Aplicações em Nanobiotecnologia 
3.3.1 Nanotubos de Carbono 
Os nanotubos de carbono, cuja estrutura é exemplificada na Figura 11, são 
produtos secundários do fulereno e formados por átomos de carbono. Os nanotubos 
de carbono são divididos em dois tipos básicos: Nanotubos de paredes únicas, que 
são conhecidos como SWNT (Do Inglês: Single-Walled Nanotubes) e de múltiplas 
paredes, MWNT (Do Inglês: Multi-Walled Nanotubes). A descoberta dos nanotubos é 
atribuída a Ijima (1991), embora haja contradições quanto a isso, conforme artigo 
editorial de Monthioux et al. (2006). 
 
 
 
 
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Figura 11 - Nanotubo de carbono 
Fonte: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/53/Contub_v1_0_08_2.png 
 
Sua estrutura peculiar gera propriedades únicas quando comparadas a 
outros materiais. Embora o foco do uso de nanotubos de carbono seja mais na área 
da mecânica e eletrônica, o mesmo tem sido usado também em nanobiotecnologia, 
principalmente como carreadores de fármacos. Ou seja, o fármaco é inserido no 
interior do tubo ou então, ligado em suas paredes. A parte externa pode ser 
funcionalizada para biocompatibilização e outros. Devido ao seu tamanho reduzido, 
onde o diâmetro de um SWNT pode variar de 1 a 20 nm (QIAN et al., 2002), ele 
permite que os nanotubos penetrem em células e até em seu núcleo, sendo mais 
eficaz. Logo, pela mesma razão, o uso de nanotubos em terapias gênicas 
apresentam resultados mais promissores (BATES et al., 2013). Há também o uso de 
nanotubos de carbono como carreadores de fármacos com direcionamento ativo, ou 
seja, eles levam os fármacos para as regiões de interesse (WONG et al., 2013). 
Alguns trabalhos têm reportado o uso de nanotubos associados ao 
tratamento de hipertermia em pacientes com câncer (JI et al., 2010). Nessa situação, 
os nanotubos de carbono são direcionados nas regiões com tumor por meio de 
direcionamento ativo e por meio de radiação, eles são aquecidos em tais regiões. 
 
 
 
 
 
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3.3.2 Lipossomas 
Os lipossomas são estruturas esféricas formadas por uma bicamada lipídica, 
conforme observado na Figura 12. Uma importante característica das bicamadas 
lipídicas, tipicamente formadas por fosfolipídios, são as suas extremidades 
hidrofílicas (“cabeças”) e ramificações hidrofóbicas (“caudas”), que formam uma 
estrutura do tipo anfipática (domínios hidrofílicos e hidrofóbicos em uma mesma 
estrutura). 
São usados como carreadores de fármacos, que podem ter um 
direcionamento ativo e também uma liberação mais controlada dos fármacos dentro 
do organismos, o que diminui o tempo de treinamento e otimiza a administração do 
medicamento. 
 
 
Figura 12 - Estrutura de um lipossoma 
Fonte: Adaptado de 
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Phospholipids_aqueous_solution_structures_pt.svg 
 
Dependendo de sua configuração, eles podem ter diferentes funções. Por 
exemplo, quando há um revestimento hidrofílico no lipossoma, ele passa a ser um 
lipossoma de longa duração, que circulará por mais tempo na corrente sanguínea 
(BATISTA et al., 2007). O aumento de tempo em circulação acarreta em uma 
diminuição no tempo de administração do fármaco. Já para as aplicações de 
direcionamento ativo, os lipossomas podem possuir nas suas superfícies, ligantes de 
 
 
 
 
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lipídio, proteína ou anticorpos, que serão escolhidos de acordo com sua afinidade 
em relação ao seu alvo. 
Os lipossomas também são utilizados no tratamento de câncer (KIM et al., 
2014), desenvolvimento de vacinas, terapia gênica e também no tratamento de 
doenças parasitárias e infecciosas. 
Além da área farmacêutica, os lipossomas também são usados com grande 
frequência pela indústria de cosméticos, com aplicações mais voltadas para a pele, 
onde há várias pesquisas sendo realizadas (BETZ et al., 2005). 
 
3.3.3 Nanopartículas 
Semelhante aos nanotubos de carbonos e lipossomas, as nanopartículas 
também podem ser usadas como carreadores de fármacos. Alguns autores, 
inclusive, classificam os lipossomas como um tipo de nanopartícula. 
As nanopartículas de óxido de ferro superparamagnéticas, conhecidas como 
SPIONs (Do Inglês: Super Paramagnetic Iron Oxide Nanoparticles), destacam-se em 
aplicações clínicas devido às suas propriedades magnéticas, pois podem ser usadas 
em tratamento de câncer por hipertermia (HUANG et al., 2011). Além disto, as 
nanopartículas podem ser direcionadas por campos magnéticos até o local onde o 
tumor se encontra, promovendo uma ação mais específica de hipertemia. 
Outra classe interessante de nanopartículas com aplicações em 
nanobiotecnologia são as de ouro. O ouro na verdade, já era usado com propósitos 
medicinais há muito tempo atrás, conforme mencionado por Dykman et al. (2011). 
De forma semelhante às SPIONs, as nanopartículas de ouro são usadas como 
tratamento de câncer por meio de hipertermia localizada. Além disto, devido às 
propriedades óticas peculiares do ouro, conforme observado na Figura 6, da unidade 
2, as nanopartículas de ouro são usadas como uma forma de diferenciar células 
cancerígenas das saudáveis (NAZIR et al., 2014). 
3.3.4 Dendrímeros 
Os dendrímeros possuem uma característica bem peculiar em comparação 
com os demais nanomateriais. Eles possuem uma semelhança com as 
nanopartículas no sua forma esférica e lembram também os lipossomas. Mas os 
 
 
 
 
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lipossomas possuem a peculiaridade de serem formados por bicamadas lipídicas. 
No caso dos dendrímeros, eles são formados por camadas radiais de moléculas, 
conforme pode ser observado na Figura 13. 
 
Figura 13 - Estrutura de um dendrímero 
Fonte: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/64/Dendrimer_81_allyl.jpg 
 
Os dendrímeros, devido a sua alta ramificação tridimensional, permitem a 
adição de ligantes e agentes dentro dessa ramificação e também nas extremidades, 
ou seja, na superfície deles. Com isso, tem-se uma grande versatilidade no aspecto 
de funcionalização. Por exemplo, podem se adicionar agentes de envio ativo na 
superfície do dendrímero, enquantoque na sua parte interior, podem-se adicionar os 
fármacos. 
Dentre as aplicações de dendrímeros em nanobiotecnologia, destaca-se o 
seu uso como carreadores de fármacos (JEDRYCH et al., 2014), terapias contra 
câncer (WANG et al., 2011) e terapia genética (GUERRA et al., 2012). 
 
 
 
 
 
 
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Exercício 3 
 
1. Assinale a alternativa correta com relação à propriedade de nanomateriais. 
Superfície hidrofílica gera ângulos de contato com a água menores que 90º. 
Os materiais nanoestruturados possuem, por causa de sua dimensão reduzida, 
propriedades mecânicas piores, como por exemplo, o nanotubo de carbono 
comparado com o aço 1020. 
Nanotubos de carbonos podem ser usados como uma matriz de um compósito. 
Hidrofilia e hidrofobia são características de superfícies que implicam em afinidade 
e aversão à água, respectivamente. 
Uma das desvantagens dos nanotubos de carbono é sua altíssima densidade em 
comparação a ligas metálicas. 
 
2. Assinale as alternativas que são Verdadeiras e as que são Falsas, com 
relação à aplicação de nanomateriais em nanobiotecnologia: 
Em nanobiotecnologia, nanotubos de carbonos só são empregados como 
carreadores de fármacos, pois a sua aplicação em terapias de hipertermia é 
inviável. 
Lipossomas que possuem superfícies hidrofílicas são usados como carreadores de 
fármacos que precisam circular por mais tempo na corrente sanguínea. 
Nanopartículas de ouro podem ser usadas para diferenciar células cancerígenas 
das saudáveis. 
Dendrímeros são usados apenas em terapia de hipertermia em casos de câncer. 
Os lipossomas, devido a sua bicamada lipídica, não podem ser usados em produtos 
cosméticos. 
 
 
 
 
 
 
 
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UNIDADE 4 - CARACTERIZAÇÃO E PRODUÇÃO DE MATERIAIS 
NANOESTRUTURADOS 
 
O objetivo desta unidade é apresentar as principais técnicas de 
caracterização de estruturas derivadas da nanobiotecnologia e os processos de 
fabricação dos mesmos. No que se refere às técnicas, serão apresentados princípios 
básicos de utilização dos instrumentos de medição usados para caracterização de 
superfícies nanoestruturadas. 
Na unidade 1, foi discutida a importância das técnicas de microscopia para o 
avanço da nanotecnologia como um todo. Ou seja, graças aos avanços da 
microscopia, a nanotecnologia tem avançado, pois é somente com ela que é 
possível fazer o estudo de nanoestruturas, por meio de uma caracterização visual, 
bem como avaliar se a construção de uma nanoestrutura foi adequada ou não. 
A contribuição de técnicas de caracterização para a nanotecnologia não se 
restringe apenas à caracterização de materiais ou tecnologias já desenvolvidas pelo 
homem. Mas também, contribui para estudar e compreender estruturas biológicas, 
por exemplo. Ou seja, o processo de entender como uma dada superfície biológica 
interage de forma peculiar com um dado meio pode ser facilitado com o uso de tais 
técnicas de caracterização. Com isso, a partir deste conhecimento, pode se evoluir 
para o desenvolvimento de novos materiais ou estruturas. 
Um exemplo clássico é o estudo da estrutura da flor de lótus, que possui 
uma característica extremamente hidrofóbica, tal como pode ser observado na 
Figura 14. 
Uma das peculiaridades das folhas de Lótus é que são extremamente limpas 
por causa da sua hidrofobicidade, o que impedem que se acumule água sobre as 
suas superfícies. Com isso, as gotículas de água “rolam” sobre a superfície, levando 
consigo toda as impurezas superficiais. Tal mecanismo autolimpante é conhecido 
como Efeito Lótus (CHENG et al., 2006). 
 
 
 
 
 
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Figura 14 - Folha de Lótus com gotículas de água é caracterizada por possuir 
uma superfície hidrofóbica 
Fonte: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Lotus_leaf_with_waterdrops.jpg?uselang=pt-br 
 
Figura 15 - Simulação do Efeito Lótus por meio de computação gráfica 
Fonte: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/13/Lotus3.jpg?uselang=pt-br 
 
O uso de técnicas de microscopia permite verificar que tal repelência da 
água ocorre devido a uma estrutura formada por rugosidades e ceras hidrofóbicas 
(NEINHUIS et al., 1997). Na Figura 15, é mostrada uma imagem a partir de 
computação gráfica, revelando o mecanismo do Efeito Lótus. 
Na Figura 16, é mostrado, de forma mais clara, o mecanismo autolimpante 
devido à superfície peculiar do Efeito Lótus. Do lado esquerdo, tem-se o exemplo de 
uma superfície que não imita a estrutura da folha de Lótus. Nessa situação, a água 
 
 
 
 
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tende a “escorregar sobre a superfície”, desviando inclusive de possíveis obstáculos, 
como as sujidades e impurezas. 
Já no caso da figura do lado direito, devido à estrutura rugosa da folha de 
Lótus, a gotícula de água tende a “rolar” sobre a superfície, realizando uma limpeza 
automática da mesma. 
 
Figura 16 - Mecanismo do Efeito Lótus – Efeito autolimpante 
Fonte: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Self_cleaning_picture.jpg?uselang=pt-br 
A partir desse tipo de conhecimento, várias tecnologias podem ser 
desenvolvidas e aplicadas em diferentes áreas. Na Figura 17, é apresentado o Efeito 
Lótus aplicado em um componente eletrônico, o que evitaria problemas devido ao 
contato com a água. 
 
Figura 17 - Revestimento de superhidrofobicidade em circuitos eletrônicos 
Fonte: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/50/Super-
hydrophobic_Coating.jpg?uselang=pt-br 
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/50/Super-hydrophobic_Coating.jpg?uselang=pt-br
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/50/Super-hydrophobic_Coating.jpg?uselang=pt-br
 
 
 
 
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4.1 Evolução das técnicas de microscopia 
Na unidade 1, foi discutida a importância das técnicas de microscopia para o 
avanço da nanotecnologia como um todo. Ou seja, graças aos avanços da 
microscopia, a nanotecnologia tem avançado, pois é somente com ela que é 
possível fazer o estudo de nanoestruturas, por meio de uma caracterização visual. 
Na Figura 18, é apresentada de forma geral, a evolução destes 
equipamentos com um esquema bem simplificado. Percebe-se que não há apenas 
uma evolução do conhecimento, mas principalmente da tecnologia, como o 
desenvolvimento de sensores, por exemplo, que será melhor detalhado nas 
próximas seções desta unidade. 
 
Figura 18 - Evolução dos microscópios que auxiliaram no avanço da 
nanotecnologia a partir do microscópio ótico 
Da esquerda para direita: Optical (Microscópio ótico), TEM (Transmission Electron 
Microscopy), SEM (Scanning Electron Microscopy), SPM (Scanning Probe Microscopy), que 
são divididos em AFM (Atomic Force Miscroscopy), STM (Scanning Tunneling Microscopy) e 
SNOM (Scanning Near Field Optical Microscopy). 
Fonte: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c4/MicroscopesOverview.jpg?uselang=pt-br 
 
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c4/MicroscopesOverview.jpg?uselang=pt-br
 
 
 
 
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Ao longo desta unidade, será feito um maior detalhamento do funcionamento 
dos principais equipamentos utilizados em nanobiotecnologia e as principais 
aplicações dos mesmos, em termos de caracterização de nanomateriais. 
Todavia, nem todos os aparelhos serão detalhados nesta apostila, mas 
apenas os que se destacam nas pesquisas relacionadas com nanobiotecnologia. 
 
4.2 Microscópio Eletrônico de Transmissão (TEM – Transmission 
Electron Microscopy) e Microscópio Eletrônico de Varredura (SEM – 
Scanning Electron Microscopy) 
O princípio de funcionamento dos microscópios eletrônicos de transmissão 
(TEM) e varredura (SEM) é praticamente o mesmo, daí a razão de englobar ambos 
numa mesma seção desta apostila. Ambos, utilizam-se de um emissor de feixe de 
elétrons para visualização de superfícies, onde o grande diferencial é que o feixe de 
elétrons pode atravessar a amostra, no caso do TEM, ou refletir a partirda superfície 
da amostra, que é o caso do SEM. Na Figura 18, esta diferença fica clara quando 
comparamos os feixes de elétrons (cor roxa) do TEM e SEM. 
Ou seja, a forma com que esse feixe de elétrons interage com a amostra, é 
detectada por meio de um detector de elétrons, que irá então formar a imagem da 
amostra. Logo, o feixe de elétrons a ser detectado passará através da amostra 
(TEM) ou refletirá sobre a superfície da amostra (SEM). 
Observa-se que no microscópio de transmissão, alguns requisitos são 
necessários para a amostra a ser observada. Um dos requisitos é que a espessura 
da amostra seja extremamente fina, de tal modo que permita que o feixe de elétrons 
atravesse a amostra. Portanto, a imagem da amostra é fruto das interações entre 
este feixe de elétrons e a amostra, à medida que ele atravessa a mesma. 
Por outro lado, embora o SEM não tenha essa limitação com relação à 
espessura de amostra, dependendo da configuração do SEM, algumas condições 
das amostras são requeridas. Por exemplo, o SEM convencional, que é 
caracterizado por usar um ambiente próximo ao vácuo, não permite o uso de 
 
 
 
 
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amostras úmidas e requer o revestimento metálico ultrafino sobre amostras não 
metálicas. 
No caso de amostras úmidas, recomenda-se a desidratação por meio do uso 
de solventes diluídos em concentrações cada vez mais crescentes. Um protocolo 
sobre esse processo pode ser encontrado em uma publicação do autor desta 
apostila (NAKA et al., 2005). 
Na Figura 19, é apresentada uma imagem de cartilagem articular 
desidratada pelo processo descrito em Naka et al (2005). Observa-se uma camada 
que recobre (proteoglicanas desidratadas) sobre corpos circulares, que seriam as 
células cartilaginosas, os condrócitos. 
 
Figura 19 - Imagem de uma cartilagem articular desidratada obtida com um 
SEM em ambiente a vácuo 
Fonte: Elaboração própria 
 
Quando se usa um SEM com Ambiente de Vácuo Variável, conhecido pela 
sigla em Inglês ESEM (Environmental Scanning Electron Microscopy), a 
desidratação das amostras não é necessária, bem como o seu revestimento 
metálico. Todavia, é válido ressaltar que o uso de uma camada metálica ultrafina 
sobre a amostra auxilia na visualização das amostras, melhorando a qualidade dos 
 
 
 
 
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contrastes topográficos das amostras. Mas obviamente, tal revestimento é inviável 
em amostras úmidas. 
Embora a desidratação não seja necessária, nem sempre amostras 
biológicas podem ser visualizadas com o ESEM. Um exemplo é a cartilagem 
articular, que é composta por 80 % de água (NAKA, 2005). Logo, usando-se o 
ESEM, não se consegue visualizar a camada de proteoglicanas nem os condrócitos 
que foram visualizados com o SEM, de forma clara. Na Figura 20, é mostrada uma 
imagem de uma cartilagem articular obtida com o uso de um ESEM. 
 
Figura 20 - Imagem de uma cartilagem articular obtida com um ESEM 
Fonte: Elaboração própria 
 
Uma outra aplicação importante que é feita com ESEM é a imagem baseada 
na dispersão dos elétrons, conhecida como imagens do tipo Imaging with Back-
scattered Electrons, do Inglês. Ou seja, átomos mais pesados (maior número 
atômico) são mais dispersos que os mais leves. Logo, a imagem fornece uma 
imagem que traz informações sobre a composição do material. 
Na Figura 21, é apresentada uma imagem obtida por dispersão de elétrons 
em uma amostra de alumina, usada como cabeça femoral protética. Devido à 
diferença de pesos atômicos, pode-se distinguir que esses traços representam a 
presença de um material aderido sobre a superfície. Tal visualização, dependendo 
 
 
 
 
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da espessura do material aderido, pode ser imperceptível ou confundido como uma 
trilha de desgaste. No caso da Figura 21, o material aderido sobre a alumina (Al2O3) 
era óxido de Titânio (TiO2). 
 
Figura 21 - Traços de óxido de titânio (TiO2) sobre a superfície de uma cabeça 
femoral protética de alumina (Al2O3) 
Fonte: Elaboração própria 
 
Obviamente, a indicação da formação do filme de óxido de titânio depende 
de outras informações e técnicas de caracterização. A informação necessária é o 
levantamento de materiais “suspeitos”. Ou seja, que tipo de material poderia estar 
aderido naquela superfície, considerando o meio onde ele estava inserido e os 
materiais que estão colocados na sua proximidade. No caso do óxido de titânio, o 
mesmo é encontrado na haste protética, que é inserida no interior do fêmur. Logo, a 
parte de suporte da cabeça femoral protética é constituída de óxido de titânio. 
A técnica de caracterização usada no caso da Figura 21 foi com o uso do 
próprio ESEM, e é conhecida como Espectroscopia de Raio X por Dispersão em 
Energia, EDAX (Do Inglês: Energy Dispersive X-Ray Analysis). O seu princípio de 
funcionamento baseia-se no fato de que quando um feixe de elétrons atinge a 
superfície de uma amostra, os átomos superficiais são excitados para retornarem ao 
seu estado fundamental, o que acaba liberando a emissão de fótons. Desta forma, 
 
 
 
 
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tais fótons são analisados em termos de seus níveis de energia e podem estar 
associados a um dado elemento químico. 
 
Figura 22 - Perfil obtido por meio de EDAX da superfície de uma cabeça 
femoral protética de alumina (Al2O3). 
Fonte: Elaboração própria 
A imagem da Figura 22 representa o resultado obtido para a superfície da 
Figura 21. Percebe-se a presença de Ti, O e Al, que estão relacionados a TiO2 e 
Al2O3. 
4.3 Microscópio de Força Atômica (AFM – Atomic Force 
Microscopy) 
Embora a classe dos microscópios do tipo SPM (Microscópio de Varreruda 
de Ponta de Prova ou Microscópio de Varredura por Ponteira – Do Inglês: Scanning 
Probe Microscopy), englobe diferentes tipos (vide a Figura 18), nesta apostila, será 
dado destaque ao AFM, Microscópio de Força Atômico. A razão em focar no AFM é 
devido ao seu uso mais frequente em caracterização de materiais usados em 
nanobiotecnologia. 
Basicamente, o microscópio de força atômica consiste em uma ponta de 
prova que desliza sobre uma superfície. Uma luz laser incide sobre a superfície 
dessa ponta de prova, e essa luz é refletida sobre um sensor ótico. O monitoramento 
 
 
 
 
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do deslocamento da luz sobre o sensor ótico pode ser associado a movimentos na 
direção vertical da ponta de prova devido às rugosidades superficiais, ou a 
movimentos torcionais devido à força lateral exercida sobre a ponta de prova (força 
de atrito). Na Figura 23, é mostrado um esquema do funcionamento de um AFM. 
 
Figura 23 - Princípio de funcionamento de um AFM (Atomic Force Microscopy). 
Fonte: elaboração própria. 
 
Observa-se que para a obtenção de imagens em nível nanomicroscópico, a 
ponta de prova precisa ser de tamanho extremamente reduzido, sendo que a 
maioria delas possui um formato triangular e fica acoplado a um cantilever (mola 
plana) de geometria comumente triangular e dimensão em torno de 10 m, conforme 
pode ser observado na Figura 24. Ou seja, as pontas de provas são extremamente 
pequenas e frágeis, o que requer um cuidado especial por parte do operador. Por 
essa razão, os testes são geralmente lentos e áreas de 400 m2, por exemplo, são 
tipicamente escaneadas em questão de minutos. 
Pontas de provas tratadas quimicamente ou com a adesão de partículas 
coloidais são disponíveis comercialmente e permitem uma grande gama de 
experimentos. Ou seja, pontas tratadas de forma a estarem negativamente 
carregadas podem gerar respostas diferentes em testes de adesão, quando 
comparadas a pontas carregadas positivamente. O mesmo ocorre com o 
revestimento químico, que pode alterar a interação da ponta com a superfície a ser 
 
 
 
 
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avaliada. No geral, as pontas de provas são fabricadas com Silício (Si) e acopladas 
a molas planas de Nitreto de Silício (Si3N4). 
Percebe-seque as pontas são extremamente duras, pois as mesmas devem 
ser resistentes ao desgaste decorrente de seu deslizamento sobre as superfícies a 
serem investigadas. Um desgaste das pontas de prova poderia gerar resultados 
incorretos. Na Figura 24, é apresentada uma foto de uma ponta de prova usada no 
AFM. 
 
Figura 24 - Ponta de prova para uso em AFM, na forma de um cantilever 
triangular 
Fonte: Open University 
(http://openlearn.open.ac.uk/mod/oucontent/view.php?id=397865&section=3.6) 
Outra técnica de extremo interesse são as imagens de fase ou de contraste. 
São feitas a partir do tapping mode, que na prática representa um modo onde a 
ponta de prova entra em ressonância (oscilações intermitentes na vertical contra o 
corpo de prova) durante a varredura sobre a amostra. Com isso, a imagem 
resultante desse processo representa um mapa, cujos contrastes estão relacionados 
com regiões de diferentes módulos de elasticidade. 
 
 
 
 
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a) b) 
Figura 25 - Amostra metálica de CoCrMo após teste de atrito contra um pino de 
polietileno: a) imagem de fase e, b) imagem da topografia superficial. A linha 
entre as duas marcações em vermelho correspondem a aproximadamente 5 
m de distância. 
Fonte: Crockett et al., 2009. 
 
Na Figura 25.a, tem-se uma imagem obtida a partir deste modo de captura, 
onde as partes mais escuras representam regiões de baixo módulo de elasticidade. 
Esta imagem (CROCKETT et al., 2009), representa a identificação de nanopartículas 
de polietilenos aderidas (transferidas) sobre uma superfície metálica de CoCrMo. 
Já na Figura 25.b, tem-se a mesma amostra, mas com uma imagem obtida a 
partir da varredura normal sobre a superfície. Ou seja, representa a topografia 
superficial da amostra, onde as regiões mais escuras representam vales na 
topografia, semelhante ao que ocorre com as imagens obtidas por meio de 
microscópios. Neste caso, observa-se que as regiões de baixo módulo de 
elasticidade (escuras na imagem de fase) são regiões de pico (claras na imagem da 
topografia superficial), o que valida a conclusão de que se tratam de nanopartículas 
de polietilenos aderidas sobre a superfície metálica. 
Pode-se observar a multifuncionalidade e grande diversidade de aplicações 
e experimentos, que podem ser realizados com o uso de microscópio de força 
atômica. As aplicações podem abranger a área de biotecnologia, por meio da 
observação da adsorção de substâncias (proteínas, lipídios e outras 
macromoléculas) em superfícies, bem como da caracterização destas últimas. 
 
 
 
 
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Outra técnica interessante de caracterização usada com o AFM, é a medição 
de pontos isoelétricos de superfícies. Ou seja, permite verificar se a superfície é 
positiva ou negativamente carregada de acordo com o pH em que a superfície está 
imersa. O procedimento é descrito na Figura 26, onde uma amostra é mergulhada 
numa solução cujo pH faz com que a ponta de prova fique negativamente carregada. 
 
Figura 26 - Atração e repulsão da ponta de prova de um AFM, no processo de 
medição do ponto isoelétrico de uma superfície. 
Fonte: Elaboração própria 
 
Ao se alterar o pH da solução, tem-se que a superfície da amostra pode ficar 
positiva ou negativamente carregada. Sabendo-se o ponto isoelétrico (onde as 
cargas positivas e negativas se equilibram) da ponta de prova, pode-se determinar o 
ponto isoelétrico da superfície, conforme gráfico da Figura 27. Ou seja, devem-se 
fazer medições da força de repulsão (positiva) ou de atração (negativa) à medida 
que o pH da solução onde a amostra está imersa sofre variação. 
 Na Figura 27, o ponto onde as forças são nulas é que define o ponto 
isoelétrico. Logo, sabendo-se o ponto isoelétrico da ponta de prova, pode-se saber 
se a superfície está carregada positiva ou negativamente a um dado pH. Essa 
informação é fundamental na fabricação de padrões superficiais ou até mesmo 
automontagem de camadas moleculares. 
 
 
 
 
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Figura 27 - Definição do ponto isoelétrico, quando não há repulsão e nem 
atração. 
Fonte: Elaboração própria. 
 
4.4 Processo de fabricação de nanomateriais 
Nesta seção, serão apresentados os princípios básicos na fabricação de 
alguns materiais nanoestruturados, bem como a forma de obtenção de 
nanopartículas. Será dada uma atenção sobre a forma de funcionalização de tais 
materiais para aplicações em nanobiotecnologia. 
 
4.4.1 Superfícies nanoestruturadas 
Um dos exemplos mais notórios de superfícies nanoestruturadas foi 
apresentado na introdução da Unidade 3, que é o efeito Lótus. O efeito hidrofóbico e 
hidrofílico também é importante para outras técnicas de fabricação de materiais 
nanoestruturados, como as monocamadas por automontagem. 
Uma das formas de criar superfícies nanoestruturadas é por meio da criação 
de micro ou nanopadrões usando-se litografia. O processo de litografia ótica é um 
dos mais comuns, onde se utiliza uma máscara e um material sensível à luz a um 
dado comprimento de onda. 
Na Figura 28, tem-se o esquema do procedimento para fabricação de micro 
ou nanopadrões superficiais usando litografia ótica. Inicialmente, reveste-se um 
 
 
 
 
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substrato com material fotorresistente, ou seja, sensível à luz. Esta sensibilidade do 
material dependerá do comprimento de onda específico da luz que incida sobre ele e 
de suas propriedades físicas. Ou seja, cada material tem uma sensibilidade para um 
dado comprimento de onda da luz. A altura dos padrões superficiais está atrelado à 
espessura de revestimento deste material fotorresistente. 
Sobre esse material fotorresistente é montada uma máscara, de forma a 
permitir que a luz atravesse apenas nas regiões onde se quer eliminar o material 
fotorresistente. Com isso, ao se incidir a luz com comprimento específico de onda 
para o material, tem-se uma mudança nas propriedades do mesmo. Após a retirada 
da máscara, basta o uso de um solvente adequado para o tipo do material 
fotorresistente que sofreu reação com a luz, para remover o material. Por fim, tem-se 
então o micro ou nanopadrão sobre a superfície do substrato. 
 
Figura 28 - Litografia ótica para criação de um material com nano ou 
micropadrão superficial. 
Fonte: Acervo do autor, 2014. 
Uma outra forma de litografia é por transferência de molde. Na Figura 29, 
tem-se o esquema de produção de uma superfície nanoestruturada usando essa 
técnica. Um molde negativo do padrão desejado é fabricado e o material a ser 
 
 
 
 
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depositado no substrato é colocado sob o molde. Faz-se então, a remoção do 
excesso de material. Com isso, aplica-se o molde com o material sobre o substrato e 
após a remoção do molde, apenas o material usado sobre o molde fica depositado 
no substrato. Em alguns casos, é necessária a aplicação de um reagente sobre o 
substrato, de tal forma que permita a aderência apenas do padrão sobre o substrato. 
 
Figura 29 - Litografia por molde para criação de um material com nano ou 
micropadrão superficial. 
Fonte: Elaboração própria 
 
Técnicas de litografia utilizando uma ponta de prova funcionalizada com um 
microscópio de força atômica (AFM), também tem sido usado. Outra técnica 
interessante é a microusinagem por CNC (Controle Numérico Computadorizado), 
onde um equipamento com precisão micrométrica realiza remoção de material sobre 
a superfície por meio do processo de fresa. 
Há também o uso de abrasão a laser, onde um laser controlado de forma 
micrométrica e com intensidade controlada, faz o desenho do padrão sobre a 
superfície do material. Esta técnica, bem como a do CNC, tem a limitação do tipo de 
material a ser usado. Por exemplo, não é possível fabricar padrões superficiais sobre 
 
 
 
 
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polímeros plásticos, pois eles derreteriam devido ao calor gerado pelo laser ou pela 
abrasão do CNC.Há outros métodos também usados na fabricação de padrões superficiais, 
como o uso de nanopartículas aderidas sobre a superfície, ou até mesmo o uso 
delas como um molde, onde as regiões de contato das nanopartículas não aderem 
ao substrato, conforme ilustrado na Figura 30. 
 
Figura 30 - Litografia com nanopartículas para criação de um material com 
nano ou micropadrão superficial. 
Fonte: Elaboração própria 
 
4.4.2 Automontagem de monocamadas (SAM – Self Assembly Monolayer) 
O processo de automontagem de monocamadas é feito praticamente por 
processos químicos. O ponto mais relevante para uma eficiente automontagem são 
as características das superfícies onde ocorrerão o revestimento dessa 
monocamada. Ou seja, a adsorção das moléculas ocorre por interação eletrostática. 
Logo, o fato é que se as moléculas a serem adsorvidas formarem uma solução de 
policátions (positiva) ou poliânions (negativa), a carga elétrica da superfície faz toda 
a diferença. Daí, a importância da técnica de medição de pontos isoelétricos com 
AFM, para avaliar a carga superficial, cuja técnica foi apresentada anteriormente. 
Todavia, não é somente a carga superficial que irá definir a automontagem dessas 
monocamadas. A questão da natureza hidrofílica ou hidrofóbica da superfície 
também terá um papel importante nesse processo. Percebe-se, então, a importância 
 
 
 
 
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da caracterização dessas superfícies por meio da medição do ângulo de contato, 
mencionado também anteriormente. 
A forma de interação com o substrato (superfície onde ocorrerá a 
automontagem), é com a “cabeça” da molécula, conforme o esquema apresentado 
na Figura 31. 
 
Figura 31 - Desenho esquemático da automontagem de monocamadas. 
Fonte: Elaboração própria 
 
Na Figura 31, há a descrição de uma “cabeça” da molécula, geralmente 
chamada em Inglês de “Head Group”, e uma cauda, conhecida “tail”, que liga a 
cabeça à parte funcional (“Functional Group” em Inglês), onde este último é 
responsável pelas novas funcionalidades da superfície devido à formação da 
nanocamada. Devido à forma de interação entre a cabeça e os grupos funcionais, é 
possível a formação de novas camadas sobre os grupos funcionais, de forma a obter 
uma estrutura do tipo multicamada. 
Esta técnica de automontagem não é restrita a substratos planos, ou seja, 
pode se criar essas monocamadas em nanopartículas, por exemplo. A técnica 
percursora da automontagem é a Lagmuir-Blodgett (PATERNO et al., 2001), que 
consistia na imersão de moléculas com partes hidrofóbicas e hidrofílicas (anfipáticas) 
em um solvente. Se o solvente for água, por exemplo, as moléculas sofrerão uma 
orientação de tal forma que a parte hidrofílica ficará em contato com a água e a parte 
hidrofóbica exposta na superfície da água, conforme pode ser observado na Figura 
32. 
 
 
 
 
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Figura 32 - Na parte superior, têm-se as moléculas na superfície da solução. Na 
parte inferior, a remoção de um substrato que fora mergulhado nessa solução. 
Fonte: Elaboração própria 
Com isso, mergulha-se na solução de água e moléculas anfipáticas, um 
substrato que irá interagir com a cabeça hidrofílica da molécula. Logo, tem-se a 
formação de uma monocamada dessas moléculas sobre o substrato. Dependendo 
das moléculas e da natureza da superfície do substrato, é possível fazer a 
montagem de camadas sobre camadas. 
4.4.3 Lipossomas 
Lipossomas podem ser fabricados a partir da agitação ultrassônica de uma 
solução aquosa contendo fosfolipídios ou colesterol. Após a agitação dessa solução, 
são formados os lipossomas, que são esferas de bicamada de fosfolipídios, 
conforme observado na Figura 12. Devido a sua peculiar estrutura, os fármacos 
hidrossolúveis podem ser encapsulados no seu interior, enquanto que lipossolúveis 
ficam incorporados na bicamada lipídica (BERGMANN, 2008). Como essa bicamada 
pode se fundir com a membrana celular que também possui esse tipo de estrutura, 
ela pode liberar os fármacos no interior das células. 
 
 
 
 
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4.4.4 Dendrímeros 
A síntese de dendrímeros é dividida em dois tipos básicos: divergente e 
convergente. Na síntese divergente, conforme observado na Figura 33, o 
dendrímero é formado a partir de um núcleo iniciador (na Figura, em Inglês: Initiator 
Core) em direção à parte externa do dendrímero, ou à sua periferia. 
 
Figura 33 - Síntese Divergente de Dendrímeros. 
Fonte: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d3/538_Divergent_synthesis.png 
 
Figura 34 - Síntese Convergente de Dendrímeros. 
Fonte: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/2c/538_Convergent_synthesis.png 
Já no caso da síntese convergente, ocorre justamente o contrário, ou seja, o 
dendrímero é formado a partir de sua parte externa em direção ao núcleo, ou ponto 
focal (na Figura, em Inglês: Focal point), conforme pode ser observado na Figura 34. 
 
 
 
 
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Figura 35 - À esquerda: Dendrímeros com fármacos (esferas verdes) 
encapsulados no seu interior. À direita: Dendrímeros com fármacos ligados de 
forma covalente na sua parte externa. 
Fonte: Acervo do autor, 2014. 
 
Em nanobiotecnologia, conforme mencionado anteriormente, os 
dendrímeros podem ser usados como carreador de fármacos. Tal aplicação pode 
ocorrer de maneira que os fármacos sejam ligados de forma covalente na sua parte 
externa, ou então, encapsulados no meio das ramificações de sua estrutura, 
conforme pode ser observado na Figura 35. 
 
4.4.5 Nanopartículas 
Basicamente, nanopartículas podem ser obtidas por meio de desgaste por 
atrito e por pirólise. A pirólise nada mais é do que a decomposição de um material a 
altas temperaturas. Já no sistema por desgaste, um equipamento muito usado é o 
moinho de bolas, conforme observado na Figura 36. Neste equipamento, o material 
do qual serão produzidas as nanopartículas é rotacionado no interior de uma câmara 
juntamente com esferas (bolas) extremamente duras. 
 
Figura 36 - Moinho de bolas. 
Fonte: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ball_mill.gif 
 
 
 
 
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No caso de nanopartículas de ouro, destaca-se o uso do laser ablativo para 
a síntese das mesmas. O procedimento é apresentado na Figura 37, onde o material 
(ouro) é imerso em uma solução e um laser é direcionado no material. O material é 
rotacionado enquanto o laser atinge o material, formando então, nanopartículas de 
ouro que ficam suspensas na água (XU et al., 2014). 
 
Figura 37 - Nanopartículas de ouro fabricadas por ablação a laser 
Fonte: Elaboração própria 
 
Para as SPIONs, mencionadas na unidade 3, o método mais comum é a 
adição de uma base numa solução aquosa de ferro (Fe2+) e íons de ferro (Fe3+) em 
uma proporção estequiométrica de 2:1, a qual produzirá nanopartículas esféricas de 
magnetita (MAHMOUDI, 2011). 
No caso de nanopartículas de prata, há diferentes métodos de obtenção, 
destacando o processo de redução de nitreto de prata com o uso de um agente 
redutor, como amônia (SONG et al., 2006). Outros métodos para a obtenção de 
nanopartículas de prata são usados, sendo de natureza física e não química, como a 
evaporação da prata e a sua condensação em nanopartículas. No trabalho de Tran 
et al. (2013), há uma bela revisão dos processos de síntese de nanopartículas de 
prata. 
Com relação às funcionalizações das nanopartículas, geralmente, elas são 
realizadas seguindo o princípio da automontagem molecular, o qual foi descrito no 
item 4.4.2. Ou seja, nanopartículas são imersas em soluções com moléculas que 
reagem com as superfícies das nanopartículas, por adsorção física ou ligação 
covalente, conferindo-lhes novas funcionalidades. 
 
 
 
 
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4.4.6 Nanotubos de carbono 
 
Os nanotubos de carbono, conforme observado na Figura 11, possuem uma 
estrutura tubular formada por uma estrutura hexagonal de carbonos.A síntese pode 
ocorrer de forma natural, por meio do aquecimento de carbono negro e grafite, mas 
acabam gerando estrutura irregulares e não uniformes. Logo, a síntese por meios 
sintéticos gera tubos de carbonos com melhor qualidade, tanto em termos de 
homogeneidade estrutural como dimensional. Por meios sintéticos, destacam-se os 
processos de descarga por arco elétrico, ablação a laser e deposição química em 
fase de vapor. 
Para funcionalização como carreadores de fármacos, no geral, os fármacos 
podem ser ligados na superfície dos nanotubos ou então encapsulados no seu 
interior. Quando na superfície, eles são, em geral, ligados de forma covalente, por 
adsorção química ou por formação de um sistema conjugado quimicamente (Wong 
et al., 2013). Já no caso do encapsulamento, ele ocorre em geral por meio de 
encapsulamento físico, ou seja, a inserção do fármaco no interior do nanotubo é por 
meio físico e não químico. 
 
Exercício 4 
 
1. Assinale as alternativas Verdadeiras e as Falsas, com relação aos 
instrumentos de caracterização e aspectos gerais da unidade 4: 
A característica autolimpante da folha de Lótus é devida à sua composição química 
superficial. 
O desenvolvimento do microscópio de força atômica antecede à do microscópio 
eletrônico de varredura. 
A diferença essencial entre TEM e SEM, é que no primeiro, um feixe de elétrons 
atravessa uma amostra e atinge um detector de elétrons, enquanto que no 
segundo, o feixe é refletido em direção a um detector de elétrons. 
A medição de pontos isoelétricos pode ser realizada pela técnica EDAX. 
Regiões nanométricas com diferentes módulos de elasticidade podem ser 
 
 
 
 
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visualizadas pela técnica Tapping Mode, usando um AFM. 
 
2. Assinale as alternativas Verdadeiras e as Falsas, com relação à fabricação 
de materiais nanoestruturados. 
A litografia por molde, na criação de padrões superficiais, exige um controle 
adequado do comprimento de luz sobre a amostra. 
Nanopartículas coloidais (esféricas) podem ser usadas para a criação de padrões 
superficiais sobre uma amostra, num processo semelhante à litografia ótica. 
Nanopartículas só podem ser obtidas por meio de pirólise, visto que o desgaste por 
atrito pode gerar deformação nas mesmas. 
A síntese de dendrímeros pode ser divergente ou convergente. 
A síntese natural de nanotubos de carbono garante um produto final com melhor 
homogeneidade, quando comparado com a fabricação sintética. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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UNIDADE 5 - ATIVIDADE ATUAL EM NANOTECNOLOGIA: 
UNIVERSIDADES, INDÚSTRIAS E ÓRGÃOS REGULADORES 
O objetivo desta unidade é apresentar os principais campos de atuação da 
nanotecnologia, com foco especial naqueles que estão relacionados à 
nanobiotecnologia. Ênfase especial será dada às ações no Brasil. 
 
5.1 No Brasil 
O Brasil tem ocupado um lugar de destaque no que se refere a pesquisas 
associadas à nanotecnologia. Embora o trabalho de Kay et al. (2009), não seja tão 
recente, ele demonstra dados que sustentam a liderança do Brasil em pesquisas 
relacionadas à nanotecnologia na América Latina. De acordo com aquele artigo, 
entre 1990 e 2006, o Brasil publicou 5496 artigos relacionados à nanotecnologia. 
Essa quantidade representava praticamente o dobro de publicações do México 
(2487 artigos), o que mais publicou depois do Brasil, seguido então, pela Argentina 
com 1318 publicações. 
Em 2013, o governo brasileiro lançou um grupo de ações estratégicas sob o 
nome de Iniciativa Brasileira de Nanotecnologia (IBN). A Figura 38 traz uma 
visualização da página inicial de seu website. Essa iniciativa, de acordo com o 
próprio website, surgiu após mais de uma década de investimentos em 
nanotecnologia, sendo que algumas ações já se encontram bem fortalecidas, tais 
como as Redes de Pesquisa, os Institutos Nacionais de Ciência e Tecnologia 
(INCTs), e os programas de pós-graduação. De acordo com o mesmo site, 
atualmente, têm-se 26 redes temáticas e 16 INCTs focados em nanotecnologia, o 
que totaliza mais de 250 grupos de pesquisa atuando em nanotecnologia. 
O IBN surgiu no meio das ações do CIN – Comitê Interministerial de 
Nanotecnologia, que é composto por representantes de 10 ministérios. O Comitê foi 
criado por meio da Portaria 510, de 10 de Julho de 2012. O MCTI é o ministério 
responsável por este Comitê. É nítido que com a implantação de tal comitê, as ações 
começaram a se destacar e as informações acerca das políticas de apoio à 
nanotecnologia passaram a ser divulgadas de uma forma mais ampla. 
 
 
 
 
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Figura 38 - Website da IBN – Iniciativa Brasileira de Nanotecnologia 
Fonte: <www.nano.mct.gov.br> Acesso em: 16 jan. 2014 
 
No Caderno “Panorama Nanotecnologia” da série Cadernos da Indústria 
ABDI – Agência Brasileira de Desenvolvimento Industrial (2010), há um vasto relato 
da evolução da nanotecnologia no Brasil em suas diversas frentes. No que se refere 
aos campos relacionados à nanobiotecnologia, ou seja, medicina e biologia, 
observou-se um crescimento anual de 20,7 % entre o período de 1996 a 2006. Em 
outras palavras, a produção científica teria dobrado a 3,7 anos, demonstrando um 
forte viés de crescimento. 
Em meio a todo este desenvolvimento, emerge uma questão relevante: 
como é a regulação do setor no Brasil? A regulamentação ainda não foi realizada, 
mas é uma das atividades prioritárias do CIN. Conforme citado anteriormente, o CIN 
é composto por representantes de 10 ministérios, conforme a Figura 39, extraída do 
website da IBN. 
http://www.nano.mct.gov.br/
 
 
 
 
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Figura 39 - Composição do CIN de acordo com o website da Iniciativa 
Brasileira de Nanotecnologia 
Fonte: <http://nano.mct.gov.br/governanca/comite-interministerial/> Acesso em: 24 jan. 2014 
 
A regulação da área de nanotecnologia está em discussão no legislativo 
federal pelo Projeto de Lei 6.741/13, que trata da Política Brasileira de 
Nanotecnologia, conforme informações do Portal Brasil 
(<http://www.brasil.gov.br/ciencia-e-tecnologia/2013/12/comite-de-nanotecnologia-
discute-novo-marco-legal> Acesso em: 24 jan. 2014). 
Uma das pautas dominantes para a elaboração dessa Política Brasileira de 
Nanotecnologia, por meio deste Comitê, está ligada à nanobiotecnologia de certa 
forma, pois a questão toxicológica de produtos nanotecnológicos é a que mais tem 
causado preocupação. No meio dos debates acerca do tema, fica clara tal 
preocupação, como a que foi externada pelo coordenador-geral de Micro e 
Nanotecnologia do Ministério de Ciência, Tecnologia e Inovação, Flávio Plentz, em 
entrevista ao website da Revista Exame, do dia 26 de Julho de 2013 
(<http://exame.abril.com.br/tecnologia/noticias/nanotecnologia-ainda-necessita-de-
regulamentacao/>. Acesso em: 24 jan. 2014). Ou seja, os efeitos de nanopartículas 
que podem penetrar no interior das células humanas, ainda é uma preocupação 
relevante e que necessita de uma regulação embasada em pesquisas científicas. 
http://nano.mct.gov.br/governanca/comite-interministerial/
http://www.brasil.gov.br/ciencia-e-tecnologia/2013/12/comite-de-nanotecnologia-discute-novo-marco-legal
http://www.brasil.gov.br/ciencia-e-tecnologia/2013/12/comite-de-nanotecnologia-discute-novo-marco-legal
http://exame.abril.com.br/tecnologia/noticias/nanotecnologia-ainda-necessita-de-regulamentacao/
http://exame.abril.com.br/tecnologia/noticias/nanotecnologia-ainda-necessita-de-regulamentacao/
 
 
 
 
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5.1.1 SisNANO 
Pouco antes da implantação da IBN, deve-se destacar também a criação do 
SisNANO, Sistema Nacional de Laboratórios em Nanotecnologia, pelo MCTI 
(Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação) em 2012, por meio da Portaria nº 245, 
de 5 de Abril de 2012. 
O SisNANO consiste de 26 laboratórios que foram selecionados por meio de 
uma chamada pública e recebem investimento prioritário