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Aplicações da nanotecnologia


Nanobiotecnologia


A nanobiotecnologia é a unificação da biotecnologia e da nanotecnologia sendo assim uma disciplina híbrida que lida com a fabricação em escala atómica de máquinas através da imitação ou incorporação de sistemas biológicos ao nível molecular, ou construindo ferramentas minúsculas para estudar ou alterar as propriedades de estruturas naturais, átomo por átomo. Este objectivo pode ser alcançado através de uma combinação da microtecnologia clássica com uma abordagem biológica molecular.

Nanobiotechnology

Aparelhos médicos minúsculos podem interagir com o tecido no corpo humano a um nível molecular para executar diagnósticos e curas com muito maior precisão. Muitas doenças e lesões têm origem em processos em nanoescala. Assim, o uso prático da nanotecnologia para a prática de cuidados médicos e de investigação biomédica abre oportunidades para tratar doenças, lesões, reparação e melhorar o funcionamento humano além do que é possível com as técnicas de maior escala.


Artery Cleaning
(Limpeza da Artéria por Tim Fonseca)

No entanto, os desafios enfrentados pelos cientistas e engenheiros que trabalham na área da nanobiotecnologia são enormes e de natureza extraordinariamente complexa. O uso da nanotecnologia em ciências biomédicas implicará a criação de materiais e dispositivos projectados para interagir com o corpo à escala subcelular com um alto grau de especificidade e até envolvendo perigo.

Nanomedicina


A nanomedicina é a aplicação médica das nanotecnologias procurando produzir um valioso conjunto de ferramentas de pesquisa e dispositivos clinicamente úteis num futuro próximo. Varia da aplicação médica dos nanomateriais, à nanoeletrónica dos biossensores, e até mesmo a possíveis futuras aplicações da nanotecnologia molecular. Prevê-se que seja a indústria de cuidados de saúde a receber os primeiros benefícios significativos da nanotecnologia. A força motriz por trás dessa previsão é que as estruturas biológicas estão dentro da escala de tamanho que os pesquisadores são capazes de manipular e controlar.

Nano medicine

Os investigadores viram-se para a nanotecnologia para desenvolver detectores de doença altamente sensíveis, sistemas de entrega de medicamentos que atinjam apenas o alvo da doença e não o tecido saudável circundante e blocos de construção em nanoescala que ajudem a reparar a pele, cartilagens ou ossos. Há também pesquisadores a investigar o uso da nanotecnologia para impedir o corpo de rejeitar implantes e para estimular o organismo a regenerar ossos e outros tipos de tecido.

Há pesquisadores a investigar o potencial uso de nanopartículas como transportadores de drogas. Estes transportadores de drogas em nanoescala poderão ser revestidos com nano-sensores que reconhecerão tecidos doentes ligando-se a eles e libertando uma droga exactamente quando necessário. As nanopartículas podem também ser usadas para entrar nas células danificadas e libertar enzimas que dizem às células para se autodestruírem ou para libertar enzimas destinadas a tentar reparar a célula e devolvê-la ao seu estado de funcionamento normal.

Nanomedicina

Os problemas actuais da nanomedicina envolvem a compreensão das questões relacionadas com a toxicidade e impacto ambiental dos materiais em nanoescala. Seguindo esta lógica, o campo especulativo da nanotecnologia molecular acredita que as máquinas de reparação celular podem revolucionar toda a medicina.

Aplicações ambientais da nanotecnologia


Nanofiltragem


Em grande parte do mundo em desenvolvimento, é difícil de obter água potável e a nanotecnologia proporciona uma solução para este problema. Membranas nanoporosas são adequadas para uma filtragem mecânica com poros extremamente pequenos, com menos de 10 nm, e podem ser compostas por nanotubos. A nanofiltragem é usada principalmente para a remoção de iões ou para a separação de fluidos diferentes. As nanopartículas magnéticas fornecem um método eficaz e fiável para remover metais pesados de águas residuais, utilizando técnicas de separação magnética. A utilização de partículas em nanoescala aumenta a eficiência de absorção dos contaminantes e é relativamente barato em comparação com a precipitação e métodos tradicionais de filtragem.

Nanofiltration

O fornecimento de métodos de nanofiltragem aos países em desenvolvimento, para aumentar o seu fornecimento de água limpa, é um método muito barato em comparação com sistemas de tratamento convencionais. No entanto, ainda há questões a respeito de como esses países em desenvolvimento serão capazes de incorporar essa nova tecnologia na sua economia sem criar uma dependência de assistência estrangeira. Alguns dispositivos de tratamento de água incorporando nanotecnologia já estão no mercado, e há mais em desenvolvimento. Num estudo recente, os métodos de baixo custo que usam membranas de separação nanoestruturadas mostraram ser eficazes na produção de água potável.

Nanofiltration

Nanotecnologia na produção de energia


Os pesquisadores da nanotecnologia estão a trabalhar no desenvolvimento de uma combinação de painéis solares com células de combustível. A ideia por trás da tecnologia é que quando o painel solar está a produzir energia, a célula de combustível está a trabalhar no sentido inverso para recolher o excesso de energia, convertê-lo em hidrogénio e armazená-lo. Quando o sol se põe o painel solar já não é capaz de produzir energia, a célula de combustível trabalha normalmente e produz energia a partir do hidrogénio que tem armazenado.

Há actualmente um grande número de diferentes tipos de células combustíveis em desenvolvimento mas ainda existem alguns desafios nesta tecnologia, desafios esses que a nanotecnologia pode ser capaz ultrapassar.

fuel cell

Pesquisadores de todo o mundo estão a utilizar a nanotecnologia para fazer novas membranas para as células de combustível que aumentarão substancialmente a produção de energia. Estão a ser desenvolvidos nanomateriais para substituir as caríssimas peças de platina nas actuais células de combustível e há nos nanotubos uma promessa como sistemas de libertação de hidrogénio.

solar panel

Agora precisamos bolachas de silício para fazer painéis solares e essas bolachas de silício, como os chips de computador, requerem uma grande quantidade de combustíveis fósseis para a produção. No entanto, alguns pesquisadores estão a usar  nanotecnologia para desenvolver painéis solares capazes de aproveitar não só a luz visível do sol, mas o também o espectro infravermelho, duplicando assim a produção de energia. Além do mais, essas novas células solares podem ser pulverizadas em superfícies como uma pintura, tornando-as altamente portáteis. Eles esperam um dia construir uma estação de energia solar no espaço capaz de capturar a energia solar que passa pela Terra a cada dia e fornecendo cerca de nove vezes a eficiência de células solares na Terra.

Nanotecnologia na construção


A sílica está presente no cimento convencional, como parte da mistura normal. No entanto, um dos avanços feitos pelo estudo do cimento em nanoescala é que a embalagem de partículas no cimento pode ser melhorada usando nanosílica que leva a uma densificação da micro e nanoestrutura, resultando em melhores propriedades mecânicas.

Nanosilica

O uso da nanotecnologia ajuda a melhorar as propriedades do aço. A adição de nanopartículas de cobre reduz a superfície de irregularidade do aço, que então limita o número de potenciadores de tensão e, portanto, fracturas por fadiga. Avanços nesta tecnologia, usando nanopartículas levarão a uma maior segurança, menor necessidade de inspecções regulares e materiais de construção mais eficientes e livre de problemas de fadiga.

Os nanotubos de carbono são uma nova descoberta, enquanto que a madeira é um material antigo que tem sido utilizado desde os primórdios da civilização. No entanto, talvez não seja surpreendente, dado o processo evolutivo da natureza, que a madeira também seja composta por nanotubos ou nanofibras, ou seja, elementos "lignocelulósicos" (tecido lenhoso) que são duas vezes mais fortes que o aço. A colheita dessas nanofibras levaria a um novo paradigma na construção sustentável dado que a produção e o uso seriam parte de um ciclo renovável. Alguns pesquisadores têm especulado que a construção de funcionalidade em superfícies "lignocelulósicas" em nanoescala pode abrir novas oportunidades para coisas como superfícies auto-esterilizantes, auto-reparações internas e dispositivos electrónicos lignocelulósicos.

Revestimento

Estão a ser realizadas pesquisas sobre a aplicação da nanotecnologia no vidro. A nanopartículas de dióxido de titânio são usadas para revestimento de vidros uma vez que têm propriedades de esterilização e anti-incrustantes. Estas partículas catalisam poderosas reacções que decompõem poluentes orgânicos, compostos orgânicos voláteis e membranas bacterianas.

Os revestimentos são amplamente usados para pintar paredes, portas e janelas. A nanotecnologia está a ser aplicada a tintas para obter revestimentos com capacidades de auto-cura e protecção contra corrosão sob isolamento. Uma vez que estes revestimentos são hidrofóbicos e repelem a água dos tubos de metal, podem também proteger metal contra ataques de água salgada.

Nanoelectrónica


O objectivo da nanoelectrónica é processar, transmitir e armazenar informações, tirando proveito de propriedades da matéria que são muito diferentes propriedades macroscópicas. Nanoeletrónica refere-se principalmente ao uso da nanotecnologia em componentes electrónicos, especialmente de transístores e, embora a expressão "nano" seja geralmente definida como a tecnologia utilizando menos de 100 nm de tamanho, a nanoelectrónica geralmente refere-se a dispositivos com transístores que são tão pequenos que precisam ser estudadas extensivamente as interacções interatómicas e propriedades mecânicas quântica.

Nanoelectronica

Actualmente, o campo de pesquisa mais activo é a fabricação e caracterização de componentes individuais em nanoescala que poderiam substituir os componentes de silício em sistemas macroscópicos. Exemplos disso são díodos moleculares, comutadores de átomo único ou o controle cada vez melhor e compreensão do transporte de electrões em estruturas de pontos quânticos.

circuito integrado

Nanotecnologia no vestuário


A nanotecnologia pode melhorar tecidos, tornando-os mais difícil de desgastar e mais resistentes à sujidade, água, óleos ou outros produtos químicos. Muitos destes desenvolvimentos são baseados no que acontece na natureza. Por exemplo, a folha de lótus é coberta em ressaltos em nanoescala que fazem a água ser evacuada facilmente. Frutas, como pêssegos, revestidos por pêlos minúsculos que conseguem o mesmo efeito. Ao incorporar tais características em materiais fabricados eles podem também ser tornados repelentes de água e de manchas.

nanobumps

Os têxteis, com um acabamento nanotecnológico podem ser lavados com menos frequência e em temperaturas mais baixas. A nanotecnologia tem sido utilizada para integrar minúsculas membranas de partículas de carbono e garantir protecção de toda a superfície contra cargas electrostáticas para o utente.

nanoclothes

A nanotecnologia também está a levar à incorporação de outros recursos na roupa. Isto inclui electrónica para regulação da temperatura e de monitorização da saúde, materiais mais leves e resistentes ao impacto, mesmo capacidades de mudança de forma e de mudança de cor. Embora inicialmente desenvolvidos pelos militares estas poderiam ser usados pela polícia e equipes de resgate, oferecendo, por exemplo, monitoramento constante dos sinais vitais e uma maior protecção do corpo.

Nanotecnologia em alimentos


Os pesquisadores estão a usar nanopartículas de sílica para fornecer uma barreira contra gases (oxigénio por exemplo) ou contra a humidade num filme plástico usado para embalar. Isso poderia reduzir a possível deterioração de alimentos ou de secagem.

nanofood

Nanopartículas de óxido de zinco podem ser incorporados em embalagens de plástico para bloquear os raios UV e fornecer protecção anti bacteriana, enquanto melhoram a força e a estabilidade do filme plástico. Estão a ser desenvolvidos nanosensores que podem detectar bactérias e outros contaminantes, tais como a salmonela, numa fábrica de embalagens. Isto permitirá testes frequentes a um custo muito menor do que enviar as amostras a um laboratório para análise. Este teste no ponto de embalagem, se realizado correctamente, tem o potencial de reduzir drasticamente as hipóteses de chegarem alimentos contaminados às prateleiras dos supermercados.

Estão também a ser realizadas pesquisas para desenvolver nanocápsulas contendo nutrientes que seriam lançadas quando nanosensores detectassem uma deficiência vitamínica no corpo. Basicamente, esta pesquisa poderia resultar num sistema de armazenamento de supervitaminas no corpo, que fornece os nutrientes que você precisa, quando você precisar deles. Estão a ser desenvolvidos alimentos interactivos que permitem que se escolha o sabor desejado e cor. São incorporadas nanocápsulas que contêm sabor ou intensificadores de cor nos alimentos que permanecem inertes até que um consumidor com fome os accione.

nanocomida

Os pesquisadores também estão a trabalhar em pesticidas encapsulados em nanopartículas que serão libertados somente dentro do estômago de um insecto, minimizando assim a contaminação de plantas.

Outro desenvolvimento a ser investigado é o da criação de uma rede de nanosensores e distribuidores usados ao longo de um campo agrícola. Os sensores serão capazes de reconhecer quando uma planta precisa de nutrientes ou água, antes que haja qualquer sinal de que a planta é deficiente. Os dispensadores em seguida libertam fertilizantes, nutrientes e água conforme necessário, optimizando individualmente o crescimento de cada planta no campo.

Traduzido e adaptado de:

http://www.discovernano.northwestern.edu
www.wikipedia.org
http://www.nanoforum.org
http://www.understandingnano.com
http://www.nanotech-now.com

1 comentário:

CELIA MARIA DE ARAUJO disse...

Não sou pesquisadora do assunto, mas NANOTECNOLOGIA simplesmente me fascina. Gostei muito deste artigo!