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Tecnologia sustentável irá alimentar faróis e painéis em ruas e rodovias

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Unesp pesquisa material capaz de gerar eletricidade com fluxo de veículos na via; seu uso está previsto para 2015

Nos laboratórios da Universidade Estadual Paulista (Unesp) está surgindo um nanomaterial capaz de aproveitar a força mecânica gerada pelo tráfego de veículos em uma via para obter eletricidade. A inovação poderá ter muitas aplicações e seu primeiro uso, previsto para estar disponível até 2015, será a criação de ruas e rodovias autossuficientes em energia, com semáforos e painéis alimentados pela passagem dos carros e caminhões.

Do ponto de vista do processo produtivo, a tecnologia gera energia limpa, renovável e sustentável. O método empregado é nanométrico – nele o pesquisador manipula a arquitetura e as propriedades de átomos e moléculas com o objetivo de produzir materiais novos sob medida, com características especiais, podendo ser físicas, químicas, térmicas, mecânicas, etc.

Na pesquisa em questão, o nanomaterial foi desenvolvido a partir da integração de um polímero com nanopartículas cerâmicas de titanato zirconato de chumbo, identificado no meio científico pela sigla PZT. É um compósito flexível, uniforme, capaz de suportar temperaturas de até 360 graus Celsius. Seu diferencial é ser piezoelétrico, ou seja, tem a capacidade de liberar elétrons a partir do peso e compressão dos veículos sobre o asfalto das ruas.

Frio e água

Para gerar energia, o material não precisa ficar na superfície. E para funcionar, basta receber a pressão (peso mais velocidade) do carro ou caminhão que estiver passando sobre ele. Em tese, opera até em temperaturas abaixo de zero e em enchentes, funcionando a partir do peso da água e da correnteza.

O estudo é de autoria dos cientistas Walter Sakamoto, do Departamento de Física e Química da Faculdade de Engenharia (FE) de Ilha Solteira, e de Maria Aparecida Zaghete, do Departamento de Bioquímica e Tecnologia do Instituto de Química (IQ) de Araraquara.

A dupla explica que a propriedade piezoelétrica do nanomaterial tem origem em sua estrutura. O segredo da pesquisa foi encontrar o tamanho e a disposição ideais para as partículas cristalinas de PZT serem integradas no compósito. Pequeninas e espalhadas, elas influenciam diretamente a qualidade da resposta elétrica a partir da deformação mecânica causada no material pela passagem do carro sobre ele.

Mais econômico

Idealizador do projeto, o pesquisador Sakamoto estuda há anos sensores para serem usados para detectar o porcentual de umidade de solo e radiação, entre outras finalidades. Neste projeto específico, conta com o auxílio da professora Maria Aparecida para produzir pó cerâmico capaz de substituir o material importado, de alto custo e mais difícil de se obter distribuição homogênea quando integrado na matriz polimérica para originar o nanomaterial.

A possibilidade de gerar eletricidade a partir do nanomaterial foi comprovada com um experimento. Nele, o pesquisador Sakamoto pressiona o nanomaterial e um LED (diodo emissor de luz) conectado ao sistema acende.

De acordo com o professor Sakamoto, não é possível estimar o custo do material, produzido em pequena quantidade para ser usado nos testes laboratoriais. Ele salienta que o próximo passo é encontrar pesquisadores ou empresas interessados em fabricar um capacitor para armazenar a carga elétrica recebida. E prevê que o principal desafio para construir o dispositivo será criar outro nanomaterial, com a propriedade primordial de acumular grande quantidade de energia tendo tamanho reduzido.

Aplicações infinitas

De acordo com os pesquisadores, há outros usos possíveis para o material, como em implantes para detectar o crescimento ósseo e vazamentos de Raios X no ambiente. E citam, ainda, o exemplo de um shopping no Japão cujo piso gera eletricidade a partir da passagem dos clientes. Segundo eles, a atual pesquisa é parte de uma corrida mundial da ciência em busca de novas fontes de energia, de preferência limpas. A meta é substituir, de modo sustentável, os atuais combustíveis.

Rogério Mascia Silveira
Da Agência Imprensa Oficial

Reportagem publicada originalmente na página I do Poder Executivo I e II do Diário Oficial do Estado de SP do dia 12/02/2010. (PDF)

Medicamento usa dose menor e age no tempo certo com menos efeito colateral

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Centro paulista da Fapesp lidera pesquisa brasileira com nanotecnologia; novidade promete revolucionar indústrias de fármacos, cosméticos e bioquímica

O Centro Multidisciplinar para o Desenvolvimento de Materiais Cerâmicos (CMDMC), um dos programas de excelência da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp), pesquisa desde 2005 meios para facilitar a liberação no corpo humano, no tempo correto, de princípios ativos de medicamentos. O controle é feito por meio das micro e nanopartículas e a novidade promete revolucionar as indústrias de fármacos, cosméticos e bioquímica.

Os responsáveis pelo estudo são os pesquisadores Márcio Santos, Carla Riccardi e Paulo Bueno. Nas experiências, eles se preocupam em respeitar a formulação do medicamento, as características individuais dos pacientes (sexo, peso e altura) e com a diminuição dos efeitos colaterais e infecções oportunistas.

Com o avanço da pesquisa em nanotecnologia, a expectativa é ter no futuro remédios mais eficientes, capazes de encontrar e atuar diretamente sobre o ponto do organismo afetado, sem comprometer outras funções.

“O material nano reveste o fármaco e direciona e facilita sua absorção em um ponto específico do organismo ou de um grupo de células. Assim, diminui o tempo de tratamento clínico e as dosagens dos medicamentos”, explica Carla.

Mais barato

No Brasil, o Centro Multidisciplinar lidera os estudos com nanotecnologia: pesquisa novos produtos e processos e desenvolve internamente equipamentos usados em seu trabalho. O exemplo mais recente é o sistema hidrotermal de microondas, utilizado para processar compostos orgânicos.

Em vez de comprar um aparelho convencional por R$ 70 mil, os pesquisadores Diogo Volante e Mário Moreira criaram um próprio, por R$ 5 mil, a partir de um forno de microondas caseiro. Essa solução foi vantajosa: conseguiu reduzir de 72 horas para dez minutos o tempo de processamento das partículas.

A função do sistema hidrotermal é reunir as melhores condições de temperatura e pressão. E a inovação do CMDMC foi combinar a energia das microondas com a rotação das partículas e das reações ligadas à pressão e à energia mecânica e térmica.

O equipamento oferece também aplicações para a indústria cerâmica, de materiais odontológicos, automobilística, eletroeletrônica, de móveis, tintas e de células de captação de energia solar.

Pigmento cerâmico

A Icra, empresa de produtos para cerâmica de Mogi Guaçu, está testando o sistema hidrotermal para produzir pigmentos usados para colorir corantes, abrasivos cerâmicos, caixas refratárias, aditivos cerâmicos e tintas serigráficas.

Segundo Wilson Silva Junior, diretor da Icra, o sistema do CMDMC permite obter diferentes propriedades dos pigmentos por oxidar as substâncias em baixas temperaturas. Ainda em teste, o novo método promete complementar o convencional, que opera a partir de 1,2 mil graus.

O pigmento cerâmico é um tipo de pó produzido com compostos inorgânicos, estáveis em relação à cor, quando dissolvidos em vidros ou em esmaltes, a alta temperatura. Controlado e aplicado em cerâmica de revestimento, vidreira, vermelha, louça e metalúrgica em geral.

Nanotecnologia, uma viagem científica

De origem grega, a palavra nano significa anão e representa valores na escala milionésima, no nível dos átomos e moléculas. Dessa forma, a palavra nanotecnologia compreende a teoria geral e o estudo sistemático sobre técnicas, processos, métodos, meios e instrumentos para atingir a finalidade de mudar as propriedades dos compostos.

As partículas nano somente são visíveis em microscópios de alta definição e resolução, com capacidade de aumento superior a 800 mil vezes. O Centro Multidisciplinar para o Desenvolvimento de Materiais Cerâmicos (CMDMC) dispõe de um equipamento do tipo, avaliado em R$ 900 mil – um dos únicos do País.

Anderson Moriel Mattos e Rogério Mascia Silveira
Da Agência Imprensa Oficial

Reportagem publicada originalmente na página IV do Poder Executivo I e II do Diário Oficial do Estado de SP do dia 30/10/2008. (PDF)

Simpósio debate em Araraquara os avanços da nanotecnologia no Estado

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Área multidisciplinar da ciência inspira-se na natureza para criar medicamentos, cosméticos, vidros, cerâmica e até memórias

No mês passado, Araraquara foi palco do 1º Simpósio Paulista de Nanotecnologia, evento que atraiu pesquisadores brasileiros e internacionais ao Centro Multidisciplinar para o Desenvolvimento de Materiais Cerâmicos (CMDMC). Mais de 200 participantes, entre palestrantes e inscritos, debateram o cenário atual e as novas perspectivas para a nanotecnologia. A programação contemplou as três áreas com mais avanços e investimentos no Brasil: materiais, médica e fotônica.

O Centro Multidisciplinar é um grupo mantido pela Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp) que reúne 120 cientistas de instituições públicas. É coordenado pelos professores Élson Longo e José Arana Varela, do Instituto de Química da Unesp. Tem equipes em São Carlos, da USP e da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar).

Segundo o professor Élson Longo da Silva, além de integrar os pesquisadores paulistas, o evento mostrou as tecnologias de alto nível criadas e usadas no Estado. “São estudos pioneiros que podem indicar novos rumos à indústria nacional, como a fabricação de para-raios com materiais nano e de vidros especiais para serem usados como memória de computador, com capacidade de armazenamento muito superior às atuais”, destacou Élson.

Na mesma linha de raciocínio, o físico José Arana Varela, pesquisador do Instituto de Química (IQ) do CMDMC e pró-reitor de pesquisa da Unesp, afirmou que simpósios desse tipo são fundamentais para ampliar a sinergia entre os centros de pesquisa brasileiros e internacionais.

Mundo nano

A nanotecnologia é uma ciência relativamente nova, multidisciplinar e ainda desconhecida de grande parte da população. Sua proposta é alterar, com fins específicos, as propriedades de átomos e moléculas para obter novas funcionalidades e materiais.

Para o cidadão comum, o conhecimento nano já é usado para fabricar medicamentos, dentes humanos artificiais e materiais odontológicos, memórias e discos rígidos para computador, cosméticos, espelhos telescópicos, pilhas, tintas, panelas e plásticos.

Para a sociedade, a pesquisa em nanotecnologia estimula a formação de pesquisadores de alto nível e favorece a criação de empresas de perfil tecnológico no País – novas fontes de emprego, renda e impostos.

Na história da ciência, compreender os fenômenos naturais sempre foi uma busca recorrente. Na área nano não é diferente. E alguns processos complexos despertam interesse especial dos pesquisadores, como a fotossíntese nos vegetais e a produção da madrepérola em algumas espécies de molusco, um biomaterial sofisticado.

O progresso da ciência nas últimas décadas ampliou a compreensão sobre os fenômenos naturais, químicos, físicos e biológicos. E a manipulação de materiais no nível atômico abre infinitas possibilidades de pesquisa básica e aplicada.

Energia alternativa

No primeiro dia de atividades do simpósio, o professor Édson Leite, do Departamento de Química da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar), apresentou trabalhos nas áreas de polímeros, cerâmicas eletrônicas e filmes finos. E sublinhou o fato de serem todos compostos desenvolvidos no Laboratório Interdisciplinar de Eletroquímica e Cerâmica (Liec), um dos principais centros de pesquisa do CMDMC.

O professor expôs nanomateriais destinados à geração de energia a partir de tecnologias limpas e sustentáveis, como a célula combustível alimentada por hidrogênio. Este processo tem grande potencial para gerar eletricidade, é renovável e sem emissão de ruído e de gás carbônico. No entanto, assim como a energia solar, outra pesquisa em andamento no Centro Multidisciplinar, ainda tem baixa eficiência.

Do ponto de vista energético e ecológico, pesquisar e investir em tecnologia limpa é uma tendência mundial. A expectativa é obter mais segurança, autonomia e desempenho em motores elétricos. E substituir, com vantagem, as atuais pilhas e baterias usadas no controle remoto, celular e notebook.

As pilhas atuais contêm metais pesados na composição, suportam número limitado de recargas e têm grande potencial poluidor, caso não recebam tratamento ambiental adequado. De acordo com as leis vigentes, é tarefa dos fabricantes recolher as baterias após o descarte e fazer a destinação correta, do ponto de vista ambiental, das pilhas e baterias usadas.

Petróleo e aquecimento

Desde o início do século passado, o petróleo continua sendo a principal matriz energética do planeta. É matéria-prima fundamental para a produção de combustíveis, plásticos e fertilizantes. E na relação custo/benefício, permanece imbatível em comparação a outras fontes de energia.

Caso confirmem-se as previsões mais otimistas, o petróleo durará mais cem anos antes do seu esgotamento definitivo. E os outros hidrocarbonetos também de origem mineral (carvão e gás) utilizados como matriz energética estarão disponíveis por mais 300 anos.

Entre 2006 e 2007, o consumo mundial de petróleo cresceu 60%. Além disso, outros fatores como o aumento constante da economia chinesa, a incessante instabilidade no Oriente Médio e a estagnação do volume de óleo extraído levaram o preço do barril do petróleo a ultrapassar a casa dos US$ 130 no mês de maio.

“A mudança climática na Terra provocada pelo aquecimento global é um problema maior que a escassez de petróleo”, afirma Édson Leite. Ele concorda com especialistas que associam a elevação da temperatura mundial com as emissões de gás carbônico causadas em grande parte pelo desmatamento e queima de combustíveis minerais.

Uma saída, indica o professor, é aumentar o investimento governamental e privado na geração alternativa. Este caminho já é seguido pelo Bloco Europeu, que investe na captação de energia eólica e solar e tem legislação ambiental severa, que prevê reduções progressivas no volume de emissões de gás carbônico para os próximos anos.

Édson Leite aprova o programa brasileiro de biocombustível (etanol e biodiesel), por ser sustentável e dispensar o subsídio governamental. No Brasil, os carros flex-fuel dominam o mercado e no exterior são vendidos veículos híbridos movidos a gasolina e a eletricidade: o Toyota Prius e o Honda Civic.

Ambos os modelos têm descontos e incentivos governamentais. Mas preço superior ao dos concorrentes e autonomia restrita quando impulsionados somente pelas baterias.

“A energia nuclear é viável se for bem executada e não emite gás carbônico”, analisa. Em contrapartida, o urânio, uma de suas principais matérias-primas, é um metal raro na natureza e de difícil extração. Além disso, o uso da matriz atômica pode provocar corrida armamentista e a proliferação de armas de destruição em massa.

Nova matriz energética

A luz solar é a maior fonte de energia disponível no planeta. O Brasil é o país com maior oferta deste recurso no mundo, porém, não existe nenhum programa governamental para aproveitá-lo. Na opinião de Édson Leite, a melhor saída seria, no futuro, o Brasil combinar o uso desta energia com o de célula combustível.

O princípio de funcionamento da célula combustível é similar, do ponto de vista teórico, ao usado pelos vegetais durante a fotossíntese para acumular energia. A planta capta e armazena a luz gerando elétrons (eletricidade) para queimar o hidrogênio que alimentará a célula combustível. O desafio para a ciência é obter a mesma eficiência.

Na sua exposição o professor Osvaldo Oliveira Júnior, do Instituto de Física da USP São Carlos (IFSC), apresentou estudos recentes no nível molecular para controlar propriedades de materiais para quaisquer tipos de aplicações. Uma das possibilidades é produzir filmes orgânicos ultrafinos para integrar biossensores e polímeros luminescentes.

Uma aplicação interessante do filme orgânico fino é simular em laboratório o efeito de um fármaco sobre um tecido humano. A técnica permite determinar se a substância penetra ou não na célula – e em qual concentração este processo ocorre.

Língua eletrônica

Osvaldo Oliveira Júnior alerta que o modelo usado no estudo é bastante limitado. No entanto, o conceito permite à indústria farmacêutica e de cosméticos pesquisar novos produtos e drogas com dosagem e tempo de atuação mais precisos no organismo.

Para o grupo de pesquisadores coordenado pelo professor, o principal desafio será explorar com eficiência a alta sensibilidade dos biossensores. Para a indústria, a meta será oferecer um medicamento de acordo com as características orgânicas e genéticas de cada paciente.

O destaque final da apresentação do docente foi a língua eletrônica. O dispositivo consiste em um arranjo de sensores usado para identificar os quatros sabores básicos do paladar: amargo, azedo, doce e salgado. (Os asiáticos acrescentaram um quinto sabor – o do peixe cru – à lista).

A inovação tem mil vezes mais sensibilidade que a língua humana. Emprega conceitos nano e de redes neurais para identificar com precisão, e em poucos minutos, uma substância num universo de até 800 amostras.

Já é usada por produtores de vinho para indicar variações entre as safras de uva e pela Associação Brasileira da Indústria de Café (Abic), para identificar os melhores grãos para produzir variedades finas. De baixo custo, o equipamento serve também para analisar a qualidade da água e verificar a presença de pesticidas, micro-organismos e metais pesados.

O projeto da língua eletrônica foi desenvolvido pela Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (Embrapa) em parceria com a USP São Carlos, Unesp de Presidente Prudente, UFSCar de Sorocaba e Escola Politécnica de São Paulo.

Mais empresas

No segundo dia de debates a mesa-redonda foi constituída pelos pesquisadores Élson Longo (IQ-Unesp), Antônio Carlos Hernandes (USP-São Carlos), Luiz Henrique Matoso (Embrapa) e Edgar Dutra Zanotto (UFSCar). Eles discutiram sobre os caminhos para melhor aproveitar a produção científica paulista e incentivar a formação de empresas de perfil tecnológico no Estado.

O professor Edgar é um dos pioneiros em estudos com vidros nano no Brasil. Ele destacou o fato de atualmente ter crescido a oferta de recursos governamentais para estímulo à pesquisa. Também citou como exemplo de iniciativa estadual o Programa de Inovação Tecnológica em Pequenas Empresas (Pipe) da Fapesp. E, no âmbito federal, a Subvenção Econômica da Financiadora de Estudos e Projetos (Finep-MCT).

“O desafio é criar uma mentalidade empreendedora no pesquisador e transformar suas descobertas em novos produtos. Inovar e registrar a descoberta é apenas o primeiro passo”, observou Edgar. A etapa seguinte é analisar o potencial do mercado, criar a empresa e desenvolver o produto. Em paralelo, aprender conceitos de marketing, distribuição, venda e pós-venda.

Outra necessidade é firmar parcerias com fornecedores e traçar estratégias para concorrer com empresas asiáticas. Nestes países, as empresas locais levam vantagem sobre as brasileiras em muitos pontos, como logística, infraestrutura de transportes e mão-de-obra mais qualificada.

“Quem quer empreender e não tem todo o dinheiro necessário pode recorrer a um fundo de capital de risco. Assim, une-se a investidores experientes, que profissionalizam a gestão do negócio que, fortalecido, ajuda a evitar a mortalidade precoce. Nos últimos 25 anos em São Carlos foram criadas cem empresas e mais da metade desapareceu – em muitos casos pela falta de preparo administrativo e não científico”, observou Edgar.

Nanoarte: beleza e tecnologia

O Centro de Divulgação Científica e Cultural da USP São-Carlos (CDCC) promove até o dia 28 de junho a exposição Nanoarte: uma viagem pelo mundo da tecnologia. A mostra apresenta 30 imagens ampliadas e em alta resolução de materiais nano obtidas nos equipamentos do Centro Multidisciplinar para o Desenvolvimento de Materiais Cerâmicos.

A mostra Nanoarte é uma criação do professor Élson Longo e do jornalista Kleber Chicrala, que tem como objetivo demonstrar em imagens de 40 centímetros x 50 centímetros a beleza existente nas cores, formas e composições de muitos trabalhos científicos. A entrada é gratuita e a visita pode ser feita de segunda-feira a sábado, das 8 às 12 horas e das 14 às 18 horas.

Híbrido e molecular – pioneirismo

O professor Henrique Toma, do Instituto de Química da USP (IQ-USP), apresentou materiais de perfil híbrido e molecular. Ele é um dos pioneiros no País na área, e em sua exposição traçou um perfil da evolução da pesquisa nano no mundo.

A primeira fase começou há duas décadas e visou ao controle dimensional e estrutura molecular dos compostos. Resultou nos atuais sensores e catalisadores. A próxima etapa dará ênfase à nanoarquitetura e permitirá o controle e visão tridimensional dos átomos; a quarta geração se ocupará do controle molecular.

Henrique Toma citou exemplos recentes de aplicações industriais baseadas em princípios nano. “Inspirado nas células da pele do tubarão, o maiô especial criado pela Speedo e usado pelos nadadores para quebrar sucessivos recordes desliza melhor na água”, garante.

Outro exemplo é a cola sem cheiro e sem compostos químicos, usada em consertos caseiros e na construção civil. O produto comercializado pela empresa Adespec não traz riscos à saúde humana e ao meio ambiente e ganhou os nomes comerciais de Prego Líquido e FixTudo.

Durante o desenvolvimento, a pesquisa recebeu recursos do Projeto Pipe da Fapesp. Os produtos imitam as propriedades das células existentes nas patas da lagartixa que lhe permitem grudar no teto e nas paredes. No futuro, o mesmo princípio poderá ser utilizado numa roupa autolimpante.

“Muitos produtos já incorporam a tecnologia nano. Na área de cosméticos, é uma prática comum. Porém, por ser novidade, muitos fabricantes ocultam esta informação temendo a rejeição dos consumidores – um receio semelhante ao sofrido pelos alimentos transgênicos”, finaliza.

Glossário

Fotônica – Área científica voltada ao controle, manipulação, transferência e armazenamento de informações por meio do fóton – partícula elementar mediadora da força eletromagnética.

Polímero – Composto de elevada massa molecular relativa, resultante de reações químicas. São divididos em plásticos, borrachas e termofixos.

Biossensor – Analisa funções metabólicas de micro-organismos para medir poluentes.

Serviço

CDCC
Rua 9 de Julho 1.227 – Centro
São Carlos – Telefone (16) 3373-9772

Rogério Mascia Silveira
Da Agência Imprensa Oficial

Reportagem publicada originalmente nas páginas II e III do Poder Executivo I e II do Diário Oficial do Estado de SP do dia 03/06/2008. (PDF)