Nanobiotecnologia aplicada a saúde

humana

Dr. Luciano da Silva Pinto

Introdução –definições, termos e conceitos

• "Nano" é um prefixo que vem do grego antigo e significa "anão”

• 1 nanômetro (nm) = 1 bilionésimo do metro, 10-

9m

Objetivo da Nanotecnologia:

•Criar, caracterizar, produzir e aplicar estruturas, dispositivos e sistemas, controlando forma e tamanho na escala nanométrica.

•Crescente capacidade da tecnologia moderna de ver e manipular átomos e moléculas.

NANO?

1 nm = 10-9 m

Nanotecnologia: do que se trata

mesmo?

Existem várias “ nanotecnologias”. O que todas tem em comum é que envolvem o estudo e a manipulação da matéria em

uma escala muito pequena, geralmente da ordem de 1 a 100 nanômetros (1 metro = a

1 bilhão de nanômetros).

O que é NanoBioTecnologia?

“Nano” – Estruturas na escala nanométrica

“Bio” – processos biológicos

“Tecnologia” – Desenvolvimento e produção de novos materiais

NanoBioTecnologia :está relacionada à manipulação da matéria ao nível molecular, visando à criação de novos

materiais, substâncias e produtos aplicada em processos biológicos.

Bionanotecnologia e Nanomedicina

• Aplicações atuais e futuras

– Lab-on-a-chip Technologies– Self-assembly– Drug delivery– Novos medicamentos– Imagem– Tratamento do câncer– Implantes e próteses– Nanorôbos

Bionanotecnologia e Nanomedicina

• As máquinas nanométricas mais completas e funcionais que conhecemos são as máquinas moleculares que regulam e controlam os sistemas biológicos.

Manipulação do DNA

Engenharia de tecidos - Neurochips

Motores moleculares

Resolução de imagem

Drug delivery

O que acontece quando se manipula a matéria nessa

dimensão ?• Novos paradigmas:

• Efeitos quânticos passam a ser explorados• Efeitos gravitacionais perdem importância• Propriedades óticas (resposta a estímulo luminoso) podem ser exploradas• Forças atômicas e moleculares (forças de Van der Waals)• Explora propriedades nanométricas para obter efeitos macroscópicos.

Exemplo - Lagartixa

Aumento da área superficial = maior reatividade, maior penetração em células

Uses of Nanotechnology in Environmental Technology in Hessen -Innovation potentials for companies -www.hessen-nanotech.de

Alguns materiais deixam de ser inertes em nanoescala

Nanopartículas Semicondutoras

Bruchez et al, Science, 1998, 281, 2013

Espectros de emissão de NPs de CdSe – diferentes tamanhos

Ferramentas

• Visualização e Caracterização

• Síntese

Ferramentas

Visualização e Caracterização

• Microscópio de Força Atômica - AFM;• Microscópio de Tunelamento - STM;• Microscópio Eletrônico de Transmissão – TEM;• Microscópio Eletrônico de Varredura – SEM;• Espectroscopia de Infra-Vermelho;• Espectroscopia Raman;• Ressonância Magnética Nuclear.

Visualização e caracterização

Microscópio de tunelamento -STM

Microscópio de força atômica

Síntese

• Chemical Vapor Deposition – CVD;

• Molecular Beam Epitaxy – MBE;

• Litografia por feixe de elétrons;

• Feixe de íons;

• Síntese Hidrotérmica;

• Auto-montagem molecular.

Síntese

Deposição de vapor químico

A técnica de epitaxia por feixe molecular (MBE ) foi desenvolvido inicialmente para o crescimento cristalino de semicondutores. É um vácuo ultra- alto (P < 10-6 mbar) tecnologia baseada na evaporação seqüencial dos componentes elementares colocado em células de efusão de Knudsen . Uma das vantagens deste método baseia-se no controle do crescimento em tempo real, graças à utilização in situ da difração de elétrons de alta energia em incidência rasante (RHEED).

SínteseEpitaxia por feixe molecular

Síntese

Feixe de íons

Esta técnica utiliza um feixe de íons altamente concentrado (geralmente oxigênio ou íons de césio são usados para

amostras inorgânicas ).

Síntese

• inclui as várias técnicas de cristalização de substâncias de soluções aquosas quentes em alta pressão de vapor , também denominado método hidrotermal.

Síntese hidrotérmica

Histórico

Histórico

Michael Faraday, 1857 – Estudo sistemáticosobre as diferentes cores do ouro coloidal (M.Faraday, Philos. Trans. Royal Soc. London (1857)147, 145.)

Histórico

Richard Feynman

1959 Richard Feynman profere a famosa palestra "There's Plenty of Room at the Bottom",

sobre as perspectivas da miniaturização: a enciclopédia Britânica poderia ser escrita na

cabeça de um alfinete.

Histórico

• 1968 Alfred Y. Cho and John Arthur do Laboratórios Bell e seuscolegas desenvolvem uma técnica que permite depositar camadas atômicas em uma superfície: a epitaxia molecular –“molecular beam epitaxy (MBE)” – uma das ‘técnicas usadas na litografia: precisão em microescala.

• 1974 N. Taniguchi cria a palavra "nanotecnologia" significando máquinas com tolerância de menos de um mícron.

“’Nano-technology' mainly consists of the processing of separation, consolidation, and deformation of materials by one atom or one molecule."

Histórico

Histórico

Histórico

• 1986 K. Eric Drexler publica "Engines of Creation", um livro futurístico que populariza a nanotecnologia. http://www.foresight.org/EOC/index.html

Histórico

Histórico

Histórico

Histórico

Viagem Fantástica (Nanobots)

Nanobots a serviço da medicina

Reparadores celulares

Limpadores de vírus

Reparadores gênicos

Limpadores de alvéolos pulmonares

Acelerador de neurônio

Limpadores de artérias