Aula 8 - Nanometrologia

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Aula 1 
Aula 8 | 
Nanometrologia 
 
 
 
 Sumário 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Apresentação 
 
Objetivos da aula 
 
Tópico 1 | Nanotecnologia e Metrologia 
 
Tópico 2 | Nanopartículas 
 
Tópico 3 | Nanotoxicologia e Ambiente 
Tópico 4 | Nanotoxicologia em Saúde 
Síntese 
Referências 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Aula 8 
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 Olá, cursista! 
 
 
Na aula 1, você aprendeu o que é a metrologia e a sua importância 
para o desenvolvimento tecnológico e industrial em nossa sociedade, 
além da aplicabilidade desta ciência em nosso dia a dia. Agora, 
veremos como a metrologia tem um importante papel na área da 
nanotecnologia e entender os principais aspectos para se trabalhar 
com nanotecnologia. 
 
 
 
 
 
 Objetivos da aula: 
 
• Conhecer a interface Metrologia e nanotecnologia 
• Identificar os aspectos físico-químicos das partículas em escala nano 
• Conhecer os possíveis efeitos toxicológicos das nanopartículas 
• Compreender o papel das nanopartículas na análise ambiental 
 
 
 
 
 
 
 
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Tópico 1 
 
 Nanoctecnologia e Metrologia 
 
 
 
 
 
 
 
 
 A Nanotecnologia é a aplicação de 
conhecimento científico para... 
 
 
 .... “compreensão e controle da matéria e dos processos à escala 
nano, tipicamente, mas não exclusivamente, abaixo de 100 nanômetros de 
uma ou mais dimensões, onde o aparecimento de fenômenos que 
dependem do tamanho normalmente permite novas aplicações; e, que 
utilizam as propriedades dos materiais em nanoescala que diferem das 
propriedades dos átomos individuais, moléculas, e a matéria a granel, para 
criar materiais melhoradas, dispositivos e sistemas que exploram essas 
novas propriedades” (ISO, 2005). 
 
 
 
?????Este é um tema extremamente importante e o Inmetro está fortemente 
comprometido com esta área da ciência, sendo um dos Laboratório Estratégico de 
Nanometrologia do Sistema Nacional de Laboratórios em Nanotecnologias 
(SisNANO), apoiados pelo MCTI. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Saiba Mais: 
 
Assista ao vídeo “Laboratório Estratégico de 
Nanometrologia - Instituto Nacional de 
Metrologia, Qualidade e Tecnologia” 
 
Link de acesso: 
https://www.youtube.com/watch?v=hTY-
StKnYIQ 
https://www.youtube.com/watch?v=hTY-StKnYIQ
https://www.youtube.com/watch?v=hTY-StKnYIQ
Embora a nanotecnologia seja um campo relativamente novo, a produção 
e o uso de nanopartículas são bastante antigos. Uma prova disto é o famoso Cálice de 
Lycurgus, (atualmente no Museu Britânico, em Londres) que foi feito pelos romanos no 
século IV e contém nanopartículas de ouro e prata na sua composição produzindo o 
efeito óptico que o fez famoso: ele é verde opaco quando iluminado de fora e vermelho 
translúcido quando iluminado por dentro. Na Idade Média, os fabricantes de vidro 
usavam ouro coloidal para produzir o vidro vermelho característico visto em catedrais e 
igrejas. 
 
Atualmente, a nanotecnologia é considerada pela OECD uma das 
tecnologias-chave responsável por moldar a próxima revolução industrial, trazendo 
impactos positivos para o desenvolvimento social e econômico mundial. 
 
 
Figura 1 – Ciclos de desenvolvimento industrial de Kondratiev 
 
 
Fonte: Norman Poire, Merrill Lynch, 2006. Adaptação: MCTI 
 
A nanotecnologia não é uma indústria em seu próprio direito, mas sim uma 
tecnologia transversal, disruptiva e pervasiva que requer trabalhos transdisciplinares, 
envolvendo a química, a física, a engenharia e a biologia introduzindo novos 
processos, assim como a produção de novos materiais com propriedades singulares 
devido ao seu tamanho nanométrico. 
 
Desta forma, está presente em inúmeras áreas de negócio, tais como 
médico-hospitalar, biotecnológico, alimentício, farmacêutico e agrícola. A 
nanotecnologia proporcionou a introdução de nanomateriais no mercado que 
revolucionam não somente os produtos, mas também os bens de capital – as 
máquinas para produção – e a prestação de serviços, com inovações constantes e 
surpreendentes. 
 
 
 
 
 
 
 
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Figura 2 – Presença da nanotecnologia no dia a dia 
 
Fonte: Autor Desconhecido, está licenciado em CC BY-NC-ND 
 
 
 
Segundo a Comunidade Europeia, nanomaterial é definido como: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
À medida que produtos nanoengenheirados entram cada vez mais no 
mercado, como os protetores solares e os equipamentos esportivos, o controle de 
qualidade do processo de fabricação é necessário, principalmente onde as 
características do produto em nanoescala são preocupantes, como por exemplo, 
potenciais riscos à saúde, ao ambiente, além de requisitos de desempenho. Por esses 
motivos, tornou-se essencial o uso da metrologia na nanotecnologia. 
O desenvolvimento da nanometrologia visa abordar as questões 
relacionadas à confiabilidade, veracidade e comparabilidade das medidas em 
nanomateriais. Nesse contexto, a nanometrologia é imprescindível ao desenvolvimento 
da nanotecnologia, visto que a padronização e validação de métodos analíticos são 
passos necessários à regulamentação dos nanomateriais (DAMASCENO et al., 2013; 
FELTIN et al., 2017). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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“um material natural, incidental ou manufaturado contendo partículas, em um 
estado não ligado ou como um agregado ou aglomerado e onde, para 50% 
ou mais das partículas na distribuição de tamanho do número, uma ou mais 
dimensões externas variam de 1 a 100 nm”. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Como vimos na Aula 1, a metrologia é a ciência que abrange todos os 
aspectos teóricos e práticos relativos às medições, qualquer que seja a incerteza em 
qualquer campo da ciência ou tecnologia. (INMETRO, 2012). Desta forma, temos a 
metrologia como uma ciência estratégica para o desenvolvimento tecnológico e 
comercial das nações. 
 
Contudo, assim como os produtos e processos convencionais estão 
ganhando qualidade e comparabilidade por meio da metrologia, a nanotecnologia 
também requer esses meios para que seus produtos se tornem igualmente 
competitivos e confiáveis. A nanometrologia originou-se dessa necessidade. 
 
 
 
 
Coordenação Europeia de Nanometrologia subdivide esta ciência em 6 
diferentes áreas de acordo com suas especificidades: 
 
 
 
 
Várias aplicações em nanotecnologia requerem controles finos de dimensões 
durante a fabricação. Portanto, técnicas de medição capazes de fornecer 
valores confiáveis para propriedades dimensionais de nanomateriais são cada 
vez mais necessárias. Atualmente, as principais técnicas envolvidas na 
nanotecnologia dimensional são a microscopia de força atômica, o 
interferômetro óptico, a microscopia eletrônica de varredura e a microscopia 
eletrônica de transmissão. 
 
 
 
 
 
 
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A nanometrologia discute medições de espécies ou eventos em nanoescala, 
como nanodimensões ou interações entre moléculas ou biomoléculas. 
Nanometrologia Dimensional 1 
Saiba Mais: 
 
O que é nanometrologia, sua importância e 
desafios pode ser conferido no vídeo a seguir. 
Ao iniciar, ative a legenda em portugês. 
 
Link de acesso: 
https://www.youtube.com/watch?v=a0vr3pW0f
Fo&feature=emb_logo 
https://www.youtube.com/watch?v=a0vr3pW0fFo&feature=emb_logo
https://www.youtube.com/watch?v=a0vr3pW0fFo&feature=emb_logo
 
 
 
 
A composição química das espécies, estados químicos ou propriedades 
estruturais de materiais em nanoescala, são medições que concernem à 
nanometrologia química. A caracterização química dos nanomateriais é 
gerada por informações complementares dadas por análises feitas com 
diferentes técnicas. São ferramentas comuns as técnicas espectroscópicas, 
como a de fotoelétrons excitados por raios X (XPS), a de elétrons Auger 
(AES), a de massa de íons secundários, a de perda de energia de elétrons 
(EELS) e a de energia dispersiva (EDS).Além das recentes técnicas de 
espectrometria de massa com fonte de plasma (ICP-MS) e Single-cell-ICP-MS 
(SC-ICP-MS). 
 
Esta última, por exemplo, permite, por meio da rápida detecção e análise de 
partículas baseadas em metal feita pelo ICP-MS, responder sobre como os 
organismos unicelulares interagem com NP fornecendo um meio de monitorar, 
de forma simples e rápida, a captação de NP pelas células. Desta forma, as 
NP poderão ser adicionadas à cultura celular e sua absorção pela célula 
poderá ser monitorada. 
 
 
 
 
 
Esta área é definida como a transversalidade entre as ciências da vida, saúde 
e nanotecnologia. Em outras palavras, é a nanotecnologia sendo usada para 
compreender e desenvolver as ciências biológicas e biotecnologia, e vice-
versa. A bionanotecnologia, como é chamada, tem dois lados a serem 
considerados: os benefícios e os riscos. 
 
Os benefícios são amplos como desenvolvimento de dispositivos médicos e 
implantes, nanomedicina e medicina personalizada, além de superestruturas 
biológicas e nanobiomateriais. Contudo, o risco incutido nessas tecnologias 
ainda é desconhecido e vem sendo estudado pela nanotoxicologia, como 
veremos mais para frente. Não existe uma única técnica aplicada para a 
bionanometrologia. Geralmente, é utilizado um conjunto de técnicas para se 
alcançar uma mensuração confiável. 
 
 
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Nanometrologia Química 
Nanometrologia Biológica 
2 
3 
 
 
 
 
A nanometrologia mecânica é uma área chave para o setor industrial ligado a 
filmes finos e revestimentos para aplicações industriais. Também está 
relacionada com o desenvolvimento de dispositivos e componentes micro e 
nanotecnológicos. As áreas mais avançadas são a nanoindentação e a 
microscopia de força atômica para medição de indentação. 
 
 
 
 
Materiais nanoestruturados possuem estrutura interna ou superficial na escala 
aproximada de 1 – 100nm. São materiais, geralmente, produzidos para dois 
fins: (i) como nanocomponentes de uma estrutura final, como nanopartículas e 
nanotubos; (ii) ou são produzidos in situ, como por exemplo na litografia. É 
importante caracterizar totalmente esses nanomateriais, pois as propriedades 
de partículas em escala nano são fortemente dependentes de seu tamanho. 
Existem várias técnicas para determinas as propriedades dimensionais de 
nanopartículas, dentre elas podemos citar: espalhamento dinâmico de luz, 
espalhamento de Raio X a baixo ângulo, microscopia de varredura por sonda e 
microscopia eletrônica. 
 
 
 
 
Poucos institutos trabalham significativamente no campo da nanometrologia 
elétrica. As atividades na nanometrologia elétrica podem ser divididas em: (i) 
suporte metrológico à indústria de semicondutores; (ii) triângulo quântico 
metrológico para medições ou melhorias em mensurandos baseados em 
quantum; (iii) investigação de novos métodos ou melhorias para reduzir a 
incerteza de medição e melhorar a rastreabilidade apoiando medições 
elétricas de nanopartículas e aerossóis; (iv) uso de nanotecnologia para 
configurar dispositivos aprimorados para o efeito Hall quântico ou transistores 
elétricos; (v) Uso do microscópio de força atômica para medir as propriedades 
magnéticas de nanoestruturas; e (vi) spintrônica. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Nanometrologia Mecânica 4 
Nanometrologia de Estrutura de Materiais 5 
Nanometrologia Elétrica 6 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Saiba Mais: 
 
Aprenda mais sobre a nanotecnologia e as suas áreas: 
Conheça o relatório final da Coordenação de 
Nanometrologia na Europa: 
https://cordis.europa.eu/project/id/218764/reporting 
 
Iniciativas Norte Americana de Nanotecnologia: 
https://www.nano.gov/ 
https://cordis.europa.eu/project/id/218764/reporting
https://www.nano.gov/
A International Organization for Standardization (ISO) definiu a 
nanopartícula como um nano-objeto que possui três dimensões 
externas na faixa de 1 a 100 nm (ISO 19430, 2016). 
 
Tópico 2 
Nanopartículas 
 
 
 
 
 
 
 
Ao falarmos de nanotecnologia, obviamente estamos falando 
de uma tecnologia que desenvolve produtos constituídos, em alguma proporção, de 
partículas em escala nano, ou seja, nanopartículas (NP) e de materiais 
nonoengenheirados, os nanomateriais (NM). A nanoescala proporciona aos diferentes 
materiais, a obtenção de propriedades físico-químicas diversas das que possuem em 
escalas maiores (ENGELMANN, 2011). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
As interações das nanopartículas com outros materiais e ambientes biológicos, 
além de dependerem de seu tamanho, também são afetadas por características 
como área de superfície, composição, estrutura cristalina, porosidade, labilidade, 
carga de superfície, dentre outros aspectos. 
 
Todas essas propriedades não só são influenciadas pelo tamanho da 
partícula, como também se modulam entre si, de maneira a determinar, inclusive, a 
toxicidade da nanopartícula (RIBEIRO et al., 2017). 
 
 
Figura 3 – Características físico-químicas da nanopartícula 
 
 
Fonte: Sanches et al., 2020 
 
 
 
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Características físico-químicas que podem interferir no 
comportamento da nanopartícula dependendo do meio onde se 
encontra. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
As nanopartículas são distribuídas em diferentes grupos de acordo com 
suas propriedades, formas e tamanhos. Baseado nas características físico-químicas, 
temos algumas das mais bem conhecidas classes de nanopartículas: 
 
 
 
 
 
 
Fulerenos e nanotubos de carbono (CNT) representam duas principais 
classes de NPs baseados em carbono. 
 
Fonte: Khan; Saeed; Khan, 2019 
 
 
 
 
 
 
 
 
As nanopartículas metálicas são constituídas puramente de 
precursores de metais, possuem propriedades optoelétricas únicas. 
 
Fonte: Johnston, 2012 
 
 
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Baseadas em carbono 
Metálica 
Saiba Mais: 
 
Aprofunde o seu conhecimento, lendo o artigo 
"Challenges on the toxicological predictions of 
engineered”. 
 
Link de acesso: 
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S24
52074817300113 
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2452074817300113
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2452074817300113
 
 
 
São sólidos inorgânicos não metálicos, sintetizados por calor e 
sucessivo resfriamento. Podem ser encontrados em diferentes formas. 
 
 
Fonte: Selvarajan; Obuobi; Ee, 2020 
 
 c. Monitoramento ambiental 
 
 
 
 
Possuem propriedades entre os metais e os não metais, desta forma, 
são utilizadas em várias aplicações. 
 
Fonte: http://nanoall.blogspot.com/ 
 
 
 
 
 
 
 
São geralmente de base orgânica possuindo, na maioria das vezes, 
formato de nanoesfera ou nanocápsula. 
 
Fonte: Calzoni et al., 2019 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Cerâmicas 
Semicondutores 
Polímeros 
 
 
 
São geralmente de base orgânica possuindo, na maioria das vezes, 
formato de nanoesfera ou nanocápsula. 
 
Fonte: Leaver, 2017 
 
 
 
As nanopartículas podem ser sintetizadas de duas distintas maneiras: 
 
Bottom-up: É uma abordagem usualmente mais complexa, uma vez que as 
nanopartículas são formadas a partir de substâncias relativamente mais simples, 
também é conhecida como building up, porém com melhor controle do processo e do 
produto. 
 
Top-down: Possui abordagem destrutiva, ou seja, o nanomaterial é 
produzido a partir do material em micro ou macro escala (micro ou macro), que é 
então reduzido fisicamente ou quimicamente até chegar ao tamanho nano adequado. 
 
 
 
Figura 4 – Síntese de Nanopartículas 
 
 
Fonte: Modificado de: Wang; Xia, 2004 
 
 
 
 
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Lipídicas 
As propriedades das nanopartículas dependem, não somente do tipo 
de partícula, mas também do meio em que encontramos essa 
partícula. 
As propriedades físico-químicas das nanopartículas podem ser 
caracterizadas por diversas técnicas, comodifração de Raio X, infravermelho, 
microscopia eletrônica de varredura e transmissão, microscopia e lasers, dentre 
outras. 
 
 
 
 
 
 As técnicas usadas para medir o tamanho dos nano-objetos são 
frequentemente baseadas em princípios diferentes e medem propriedades diferentes - 
ou mensurandos, em linguagem metrológica. Também dependem do tipo de 
nanomaterial e da aplicação do mesmo. 
 
Algumas das técnicas de medição mais comuns são: microscopia eletrônica 
(tanto transmissão como varredura), microscopias de sonda (como microscopia de 
força atômica), difração de raio X, DLS (espalhamento dinâmico de luz) no caso de 
coloides, adsorção de gases (BET) para medir área superficial específica e tamanho 
de poros. Além de determinar o tamanho médio dos nanomateriais deve-se 
determinar a sua distribuição. 
 
A distribuição do tamanho das nanopartículas, por exemplo, é importante 
para o desempenho do produto em aplicações, no meio ambiente e para questões de 
saúde, segurança e regulamentação. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Página 
Saiba Mais: 
 
Para entender melhor como se determina o tamanho 
das nanopartículas, assista ao vídeo sobre o assunto. 
Link de acesso: 
https://www.youtube.com/watch?v=g4jiwyiochc&feature=
youtu.be 
15 
https://www.youtube.com/watch?v=g4jiwyiochc&feature=youtu.be
https://www.youtube.com/watch?v=g4jiwyiochc&feature=youtu.be
A formação e composição da CP influenciam a agregação, 
biodistribuição e reatividade das NP, acabando por mediar a 
interação entre elas e as células (RIBEIRO et al., 2016). 
Um exemplo de como o meio pode influenciar o destino e até a toxicidade de 
NPs é a formação da corona proteica (CP). A CP é composta por diversas proteínas 
que são adsorvidas por ligações físico-químicas, que dependem da composição 
biológica do meio de cultivo das células e das características das NP (DENG et al., 
2014). 
 
Figura 5 – Corona Proteica (CP) 
 
 
Fonte: Corbo et al., 2016 
 
 
 
 
Hard corona: As proteínas estão adsorvidas à nanopartícula por grande 
afinidade permanecendo ligadas por mais tempo. 
 
Soft corona: As proteínas estão ligadas às proteínas da hard corona por 
baixa afinidade e por isso são encontradas em menor quantidade (CORBO et al., 
2016). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Página 16 
Saiba Mais: 
 
Aprofunde o seu conhecimento, lendo o artigo 
"The impact of nanoparticle protein corona”. 
 
Link de acesso: 
https://www.futuremedicine.com/doi/full/10.221
7/nnm.15.188 
https://www.futuremedicine.com/doi/full/10.2217/nnm.15.188
https://www.futuremedicine.com/doi/full/10.2217/nnm.15.188
Uma vez no ambiente, esse material em nanoescala pode entrar em 
contato com as diferentes matrizes ambientais (ar, água e solo) 
(Kabir et al., 2018). 
 
Tópico 3 
 
Nanotoxicologia e Ambiente 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Como já mencionado no tópico 2, as propriedades físico-
químicas das nanopartículas (NP) e, indiretamente, dos nanomateriais (NM) 
fabricados com elas, bem como sua interação entre si e com o meio, influenciam 
seu destino e toxicidade no ambiente natural e em organismos. 
 
 
Tendo isso em mente, este tópico é dedicado à interação das NP com o 
ambiente, bem como a importância de se continuar aprimorando técnicas e 
desenvolvendo estudos sobre nanopartículas, nanomateriais e nanometrologia no 
ambiente. 
 
As NP e os NMs encontrados no ambiente podem ser provenientes de 
duas fontes, são elas: as atividades naturais e as atividades antropogênicas, 
intencionais ou não. 
 
Atividades naturais: Atividades vulcânicas, incêndios florestais, erosão 
do solo, intemperismo, minerais de argila e tempestades de poeira. 
 
Atividades antropogênias: Queima de combustíveis fósseis, 
mineração/demolição, tráfego de automóveis, produção de NM e fluxo de 
resíduos, por exemplo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Página 17 
Nessas diferentes matrizes as partículas sofrem, basicamente, três tipos 
de transformação: física, química e biologicamente mediadas (Lead et al., 2018). 
 
Processos físicos: Agregação, aglomeração, sedimentação e deposição 
(em meios porosos). 
 
Processos químicos: Dissolução e alterações de especiação 
subsequentes, reações redox (oxidação e sulfidação), reações fotoquímica e 
formação de corona. 
 
Processos biologicamente mediado: Biodegradação e biomodificação, 
geralmente mediada por microrganismos. 
 
Essas modificações sofridas pelos materiais estão presentes em um 
conceito de modelo de fluxo de materiais que parte do princípio da rastreabilidade dos 
NM engenheirados ao longo de todo o ciclo de vida. 
 
Da produção de NM engenheirados, passando pela incorporação em 
produtos, liberação de NP de produtos nanoengenheirados durante o uso; transporte e 
destino do NM entre e dentro das estações de tratamento de esgoto, usinas de 
incineração de resíduos, aterros e processos de reciclagem (tecnosfera), até a 
transferência da tecnosfera para ar, solo, água e sedimentos (ecosfera), e transporte 
em compartimentos ambientais. 
 
As quantidades de NM nos compartimentos fornecem a base para o 
cálculo das concentrações ambientais gerais de NM (Sun et al. 2014). 
 
Figura 6 – Produção de NM 
 
Fonte: Sun et al. 2014 
 
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Apesar de sabermos que o destino e a modificação das NP estão 
intimamente ligados à sua natureza e às condições ambientais, 
esses dois fatores são extremamente complexos e variáveis, 
tornando o seu entendimento e previsão extremamente desafiadores 
(Lead et al., 2018). 
Os estudos sobre os impactos das NP no ambiente ainda são insipientes. De 
fato, o que sabemos é que muitos avanços são atingidos devido a utilização de 
nanopartículas, porém, muitos estudos apontam o possível risco do uso desses 
materiais dependendo de seu tipo, dose, e lugar no ambiente, que vão influenciar sua 
agregação/desagregação, dissolução e transformação. Portanto, o destino e a 
toxicidade das NP são difíceis de acessar por possuir características multifatoriais. 
 
 Saiba mais sobre os estudos das NPs: 
 
Ar: Acesso o artigo “Emissions and Possible Environmental 
Implication of Engineered Nanomaterials (ENMs) in the 
Atmosphere”. 
Link de acesso: https://www.mdpi.com/2073-4433/8/5/84 
 
Água: Acesso o artigo “Fate of Silver Nanoparticles in 
Constructed Wetlands—a Microcosm Study”. 
Link de acesso: https://link.springer.com/article/10.1007/s11270-
017-3285-9 
 
 
Solo: Acesso o artigo “Searching for relevant criteria to 
distinguishnaturalvs.anthropogenic TiO2nanoparticles insoils”. 
Link de acesso: 
https://pubs.rsc.org/fi/content/articlepdf/2018/en/c8en00386f 
 
 
 
 
 
 
 
 
Desta forma, caímos novamente na necessidade de desenvolver ainda mais a 
nanometrologia. Uma ciência necessária para refinar nossa compreensão de 
concentrações ambientais e as formas de NM, bem como para permitir dosimetria 
mais precisa em testes ecotoxicológicos que permitam definição mais precisa da 
relação dose-resposta. 
 
 
 
 
 
 
 
Página 19 
https://www.mdpi.com/2073-4433/8/5/84
https://link.springer.com/article/10.1007/s11270-017-3285-9
https://link.springer.com/article/10.1007/s11270-017-3285-9
https://pubs.rsc.org/fi/content/articlepdf/2018/en/c8en00386f
A absorção das NP pelas células geralmente ocorre por endocitose 
ou fagocitose. Esta absorção está intimamente ligada às 
características da partícula, como tamanho, agregação e 
sedimentação. 
Tópico 4 
 
 Nanotoxicoloia em Saúde 
 
 
 
 
 
 
 
 
Uma vez que as nanopartículas (NP) estão presentes 
em diversos produtos nanoengenheirados em nosso dia a dia, e são também 
encontradas dispersas no ambiente, seja na água, ar ou solo, o impacto dessas NPs 
sobre os organismos se torna importante objeto de estudo. Portanto, neste quarto 
tópico, trataremos dos estudos sobre a toxicidade das NP na saúde. 
 
 
 
 
 
 
As vias de entradade NP no organismo são variadas, tendo como as 
principais: a via aérea, dérmica, gastrointestinal e ocular, como pode ser observado na 
figura 7. 
 
Figura 7 – Vias de Entrada de NP no organismo 
 
Fonte: Beddoes; Case; Briscoe, 2015 
 
 
 
 
 
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Muitos trabalhos científicos apontam para a toxicidade das NP e MN. 
Contudo, a variedade de NP existentes, as diferentes técnicas de análise 
toxicológica empregadas nos estudos, os múltiplos modelos (in vivo, in vitro e in 
sílico) existentes e as diferentes doses testadas (muitas vezes bem acima do que 
as células seriam normalmente expostas no ambiente), levam à falta de 
consistência nos resultados. 
 
Figura 8 – Múltiplos modelos de análise toxicológica 
 
 
 
Fonte: Beddoes; Case; Briscoe, 2015 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Página 21 
Saiba Mais: 
 
Aprofunde o seu conhecimento, lendo o 
artigo "The Use of In Vivo, Ex Vivo, In Vitro , 
Computational Models and Volunteer 
Studies in Vision Research and Therapy, 
and Their Contribution to the Three Rs”. 
 
Link de acesso: 
https://www.researchgate.net/publication/30
5983110_The_Use_of_In_Vivo_Ex_Vivo_In
_Vitro_Computational_Models_and_Volunte
er_Studies_in_Vision_Research_and_Ther
apy_and_Their_Contribution_to_the_Three
_Rs 
https://www.researchgate.net/publication/305983110_The_Use_of_In_Vivo_Ex_Vivo_In_Vitro_Computational_Models_and_Volunteer_Studies_in_Vision_Research_and_Therapy_and_Their_Contribution_to_the_Three_Rs
https://www.researchgate.net/publication/305983110_The_Use_of_In_Vivo_Ex_Vivo_In_Vitro_Computational_Models_and_Volunteer_Studies_in_Vision_Research_and_Therapy_and_Their_Contribution_to_the_Three_Rs
https://www.researchgate.net/publication/305983110_The_Use_of_In_Vivo_Ex_Vivo_In_Vitro_Computational_Models_and_Volunteer_Studies_in_Vision_Research_and_Therapy_and_Their_Contribution_to_the_Three_Rs
https://www.researchgate.net/publication/305983110_The_Use_of_In_Vivo_Ex_Vivo_In_Vitro_Computational_Models_and_Volunteer_Studies_in_Vision_Research_and_Therapy_and_Their_Contribution_to_the_Three_Rs
https://www.researchgate.net/publication/305983110_The_Use_of_In_Vivo_Ex_Vivo_In_Vitro_Computational_Models_and_Volunteer_Studies_in_Vision_Research_and_Therapy_and_Their_Contribution_to_the_Three_Rs
https://www.researchgate.net/publication/305983110_The_Use_of_In_Vivo_Ex_Vivo_In_Vitro_Computational_Models_and_Volunteer_Studies_in_Vision_Research_and_Therapy_and_Their_Contribution_to_the_Three_Rs
Idealmente, os estudos de toxicidade caminham para o 
desenvolvimento de modelos in vitro mais complexos, com maior 
proximidade possível das condições encontradas in vivo. Leia sobre 
um estudo desse, clicando no link: 
https://visaemdebate.incqs.fiocruz.br/index.php/visaemdebate/article/
view/1047 
22 
 
 
Portanto, a toxicidade efetiva de muitos NM e NP permanece 
desconhecida. Fato é que estudos vem avançando sobre a utilização de modelos in 
vitro, que comparados com a abordagem in vivo, tem a vantagem de poderem ser 
mais simples, baratos, rápidos e utilizarem células humanas. Desta forma, são 
excelentes plataformas para estudos high throughput. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Saiba Mais 
Aprofunde o seu conhecimento, lendo o artigo “High 
throughput toxicity screening and intracellular 
detection of nanomaterials”. 
Link de acesso: 
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/wnan.
1413 
 
 
Contudo, dados toxicológicos vindos apenas de ensaios in vitro podem 
ser limitantes uma vez que o comportamento das NP in vitro difere do 
comportamento encontrado no sistema biológico complexo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Página 
High throughput é definido como 
o uso de ferramentas 
automatizadas para facilitar a 
execução rápida de um grande 
número e variedade de ensaios 
biológicos que podem incluir 
várias substâncias em cada 
ensaio (Collins et al., 2017). 
https://visaemdebate.incqs.fiocruz.br/index.php/visaemdebate/article/view/1047
https://visaemdebate.incqs.fiocruz.br/index.php/visaemdebate/article/view/1047
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/wnan.1413
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/wnan.1413
Portanto, as fronteiras do conhecimento tendem a expandir mais e 
mais no que tange a nanotoxicologia, pois, como já admitido pela 
OECD, os NM são difíceis de regular, devido à sua complexidade e 
conhecimento ainda em desenvolvimento (OECD, 2016). 
23 
Figura 9 – Modelos de cultura de células e culturas organotípicas. (A) Modelo de cultura 
sobre biopolímero. (B) Modelo de cultura em molde de biopolímero natural ou sintético. 
(E-F) Cultura sobre suporte mecânico 
 
 
 
Fonte: Beddoes; Case; Briscoe, 2015 
 
 
Os estudos in vitro são usualmente a fase inicial do processo de 
avaliação de toxicidade de muitos compostos, químicos por exemplo. Contudo, 
tratando-se de nanotoxicologia, a falta de harmonização internacional de protocolos 
para acessar a toxicidade de NM e NP preocupa a comunidade científica e nos 
direciona, mais uma vez, para a necessidade de se expandir as diversas áreas da 
nanometrologia, principalmente a nanometrologia biológica. 
 
. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Página 
24 
Nanomedicina 
 
Na área da Saúde as nanopartículas e nanomateriais não representam 
apenas preocupações. O uso de nanopartículas e nanomateriais na medicina 
definem um novo e excitante campo de pesquisa: a Nanomedicina que utiliza as 
ferramentas da nanotecnologia para diagnosticar, prevenir ou curar doenças. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Saiba Mais: 
 
Para aprofundar neste tema, assista à aula 
do Professor Zucolotto do Instituto de Física 
de São Carlos. 
 
Link de acesso: 
https://youtu.be/j79ls0vfhos 
https://youtu.be/j79ls0vfhos
 
 
 
 
 
 
 Síntese 
 
 
 
 
 
 
 
Chegamos ao final de nossa aula! Nela, vimos que a metrologia tem 
um importante papel na área da nanotecnologia. 
 
A nanometrologia originou-se da necessidade de discute medições 
de espécies ou eventos em nanoescala, como nanodimensões ou 
interações entre moléculas ou biomoléculas. 
 
 As nanopartículas são distribuídas em diferentes grupos de acordo 
com suas propriedades, formas e tamanhos. 
 
As nanopartículas podem ser sintetizadas de duas distintas maneiras 
bottom-up e top-down. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Página 25
• 
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