Nanotecnologia

Gabriela Helena da Silva

ghsilva@cena.usp.br

Nanotecnologia

A nanotecnologia é a tecnologia dos materiais, processos e produtos cujas dimensões críticas estão na faixa de 0,1 a 100 nanômetros.

Nanotecnologia

1959 - Richard Feynman:

"There’s Plenty of Room at the Bottom“

"Por que não podemos escrever todos os 24 volumes da Enciclopédia Britânica na

cabeça de um alfinete?"

Nanotecnologia

1981 - Scanning Tunneling Microscope (STM), ou Microscópio de Varredura por Tunelamento.

1986 - Atomic Force Microscope (AFM), ou Microscópio de Força Atômica.

1990 – IBM

Demonstrando o funcionamento de equipamentos capazes de manipular átomos e moléculas com precisão nanométrica

Nanotecnologia

Nanotecnologia

Produção de nanopartículas: 2004 – 1.000 toneladas 2010 – 5.000 toneladas

Na próxima década estimasse a produção de 100.000 toneladas

Aplicações

Nanotecnologia

Ampla discussão sobre os riscos potenciais destes materiais ao ambiente e à saúde humana.

Alto potencial de contaminação ambiental: Reatividade Área superficial Capacidade de aglomeração/dispersão

Produtos atuais que ultilizam nanotecnologia

Cerca de 900 produtos já encontram-se disponíveis no mercado:

Removedor de odorNanopartículas de ouro

Vidro autolimpantePelícula de nanomaterial de 40 nm, reage com a água

eliminando a sujeira

Cosméticos:Protetores solares TiO2 (14 nm) e ZnO (30-200 nm).

Produtos atuais que ultilizam nanotecnologia

A aplicação de nanomateriais na descontaminação ambiental é decorrente da alta reatividade química apresentada por estes materiais.

O fotocatalisador TiO2 fotodegradação de compostos orgânicos.

Fotocatalisador de Ferro solos contaminados com cromo e também para a redução de compostos organoclorados.

Produtos atuais que ultilizam nanotecnologia

Nanoprata (Ag-nano)

Atividade bactericida

Vem sendo incorporada a tecidos e implantes, sapatos e tênis, recipientes para armazenar alimentos, aparelhos de ar condicionado, creme dental, próteses ósseas e instrumentos cirúrgicos.

http://www.youtube.com/watch?v=6WLa0r1mVUY

http://www.everdrybrazil.com.br/

Nanotecnologia

73.138 artigos publicados sobre nanotecnologia.

Apenas 1.230 abordam a questão da toxicidade e ecotoxicidade.

Nanoecotoxicologia

Termo utilizado para estudos voltados à avaliação dos efeitos de nanomateriais ao ambiente, elucidando os caminhos de transferência do agente tóxico, bem como sua interação com o mesmo.

Rotas de exposição, acesso e distribuição de nanomateriais no ambiente

As principais rotas de exposição de um nanomaterial no ambiente:

Atmosfera

Solo

Sedimento

Sistemas aquáticos

Rotas de entrada dos nanomateriais nos organismos-receptores:

Inalação Ingestão Assimilação através de superfícies epiteliais

externas Absorção no nível celular

Legislação???

Estados unidos e União Européia

Avaliação de risco de nanomateriais

Implementação de regras e legislação especifica aplicada a produtos que contenham substâncias em nanoescala.

Legislação???

USEPA (United States Environmental Protection Agency) - requer dos fabricantes evidências científicas de que o seu uso não causa danos ambientais e riscos à saúde pública

2008 - Nanoscale Materials Stepwardship Program

Consiste primeiramente no cadastro voluntário de empresas de médio e grande porte que produzem e/ou comercializam nanomateriais com a finalidade principal de reunir informações sobre os mesmos

93 produtos já catalogados segundo suas especificações básicas – classificados como substâncias emergentes

Uma vez incluído, o produto ou insumo passa por um procedimento específico que vai ditar as condições para a sua comercialização

Legislação???

2005 - ISO/TC 229Conjunto de ações e metas para viabilizar, através de grupos de

trabalho representados por órgãos de metrologia e padronização de 36 países

Engloba a padronização de três aspectos fundamentais: Terminologia e nomenclatura Caracterização Avaliação de risco sobre saúde, segurança e ambiente.

• Participam efetivamente da ISO/TC 229 20 países cada um com a sua representação específica, dentre eles Japão, Coreia, Estados Unidos e Brasil, cujo órgão responsável é o INMETRO

Testes de toxicidade

In vitro – cultura de celular In vivo – com organismos vivos, como

peixes, ratos e até seres humanos.

Não há padronização para a avaliação da toxicidade de nanopartículas

Testes de toxicidade

A maioria dos testes de toxicidade de nanomateriais é realizada in vitro usando culturas de células de mamíferos, as quais foram extraídas das mais diferentes partes do corpo como cérebro, pulmões, coração, pele e fígado

Técnicas in vitro são menos onerosas do que estudos in vivo e requerem pouco tempo

No entanto, através delas é difícil inferir implicações que signifiquem riscos para saúde humana e principalmente ao meio ambiente

Testes de toxicidade

Em relação aos testes in vivo, observa-se que grande parte destes lança mão de organismos aquáticos, os quais traduziriam o impacto destes nanomateriais no ambiente

Principal compartimento receptor.

Nos testes normalmente são utilizados bactérias (V. fischeri), peixes (peixe-zebra), crustáceos (Daphnia) e algas

Testes de toxicidade

De modo geral, os estudos toxicológicos envolvendo nanopartículas ainda são escassos, sendo seus resultados controversos quando comparados entre si, principalmente pela padronização incipiente.

Os trabalhos são omissos principalmente na caracterização das partículas, contribuindo pouco na compreensão da interação destes no ambiente, tornando difícil a avaliação do real risco de exposição a estes materiais.

Avaliação ecotoxicológica de nanopartículas de sílica (TM 40 – 22 nm,

HS 30 – 12 nm e SM30 – 7 nm)

Nanoparticulas de Sílica (SiO2)

Inúmeras aplicações

Industrias químicas Cosméticos Tintas Alimentos Remédios

Nanoparticulas de Sílica (SiO2)

O efeito dessas partículas na saúde humana é bem estudado

Podem causar danos a células humanas (LU et al., 2011; LIN et al., 2006; EOM e CHOI, 2009; SUN et al., 2011; PASSAGNE et al., 2012)

Complicações na gravidez (YAMASHITA et al., 2011)

Inibir a replicação e transcrição do DNA (CHEN e VON MIKECZ, 2005)

Danos cardiovasculares e pulmonares em ratos (CHEN et al., 2008).

Nanoparticulas de Sílica (SiO2)

Prejudiciais ao Meio Ambiente?

?????????????

Objetivo

Analisar a toxicidade, em diferentes níveis tróficos, de três NP de sílica (SM30, HS30 e TM40 Ludox), com diferentes tamanhos (7, 14 e 22nm)

Gerando novas informações acerca da segurança para o uso e liberação destas partículas no ecossistema.

Caracterização

Necessário devido a rápida variação de propriedades fisico-quimicas

Composição química superficial

Tamanho médio

Agregação

Caracterização

Espalhamento dinâmico de luz (Dynamic light scattering, DLS)

Diâmetro hidrodinâmico das partículas em suspensãoO índice de agregaçãoÍndice de polidispersividade (distribuição media do

tamanho das nanoparticulas)

Espalhamento de luz por eletroforese (electrophoretical light scattering, ELS)

potencial zeta das nanopartículas (um parâmetro que avalia a interação das partículas e meio aquático)

Microtox V. fischeri

Inibição da luminescência

Medida a Bioluminescência depois de 5, 15 e 30 min após a

exposição

TM40: 328 a 1.28 g/L

HS30 and SM30: 246 a 0.96 g/L

V. fischeri

P. subcapitata

inibição de crescimento

Medida a absorbância após 72h de exposição

TM40: 12.5 a 0.2 g/L

HS30 e SM30: 9.39 a 0.15 g/L

P. subcapitata

Daphnia magna

Inibição da alimentação

TM40: 15.3 a 2, HS30: 17.7 a

2.34 e SM30: 20.2 a 1.18 g/L

D. magna Medida absorbância após 24h de exposição

5x105cels/ml de P. subcapitata

Danio rerio

Efeitos no desenvolvimento

a b c d

Embriões de D. rerio HS30: 9 a 1.7, SM30: 12.2 a 2.4 and

TM40: 60.8 a 12 g/LStereomicroscope observação após 96h de exposição

Figure 3. Effects observed on D. rerio under stereomicroscope (Magnification 40x) after 96h of exposure: edema (a); edema and malformation (b c, and d); no hatching (c).

Ensaio do Cometa

Danos genéticos

Microscope observation

Lamina com Brometo de etidio

Eletroforese

Cells + agaroseMaceration com

PBS+10% DMSO

D. rerio

Quantificação

Allium cepa

Danos genéticos

Germinação

HS30: 9 a 1.7, SM30: 12.2 a 2.4 and TM40: 60.8 a 12 g/L

ColoraçãoPreparação das

laminas

Visualização e quantificação

Semente de Allium cepa

A= Anáfase com ponte, B= Metáfase desorganizada, C= Micronúcleos, D=Anáfase com ponte, E= Micronúcleo e F=Anáfase com quebra de cromossomo.

D

B C

E F

A

Resultados preliminares

Alta Toxicidade para os organismos teste

TM40 (22 nm) possui os maiores valores de EC50

SM30 (7nm) possui os menores valores de EC50

Todas as partículas causaram danos genéticos nas células de D. rerio e A. cepa

Conclusões preliminares

As nanoparticulas de silica podem trazer riscos ao ambiente

O tamanho das partículas possui grande influência na toxicidade

Quanto menor a partícula mais tóxica

Obrigada

Gabriela Helena da Silvaghsilva@cena.usp.br