Imagem do mês de setembro. Entrevista com o autor.

24/09/2016

A imagem da página de setembro do calendário do Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies mostra os detalhes de uma fratura realizada numa amostra de material cerâmico com o objetivo de avaliar sua resistência. A imagem permite uma análise visual minuciosa da região da fratura, não apenas pela ampliação conseguida por meio de um microscópio eletrônico de varredura (MEV), mas também graças ao efeito 3D da imagem, que pode ser apreciado através de óculos específicos, conhecidos como “red cyan” por terem uma lente vermelha e a outra em tom de azul.

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Imagem MEV em 3D: fractografia de material cerâmico a base de argila vermelha com incorporação de resíduos de granito. Use óculos red cyan (anaglifo) para visualizar.

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A mesma imagem, sem o efeito 3D.

A imagem MEV foi obtida no laboratório Central de Microscopia “Professor Israel Baumvol” da Universidade de Caxias do Sul (UCS) pelo técnico do laboratório, Israel Krindges, que a utilizou posteriormente em um workshop sobre obtenção de imagens 3D, resultando na imagem do calendário.

Veja nossa breve entrevista com o autor da imagem, que acaba de obter o título de mestre em Ciência dos Materiais pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFGRS).

Boletim Engenharia de Superfícies: – Conte-nos um pouco sobre o contexto em que foi gerada a imagem.

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Israel Krindges.

Israel Krindges: – Imagens semelhantes, mas sem usar a técnica de anaglifo (que permite a visualização tridimensional), foram obtidas para avaliar as seções de fratura em espécimes cerâmicos. As fraturas foram geradas em ensaios mecânicos para determinação da resistência à ruptura de cerâmicas à base de argila vermelha com incorporação de resíduo de pó de rocha. Tais cerâmicas eram o objeto de estudo do trabalho de mestrado que desenvolvi na Universidade Federal do Rio Grande do Sul, com algumas das análises conduzidas na Universidade de Caxias do Sul. A imagem do calendário, em específico, foi gerada após um curso para obtenção de imagens em 3D do tipo anaglifo com o uso do microscópio eletrônico, ministrado na UCS pelo professor Deniol Katsuki Tanaka, ocasião na qual usei uma de minhas amostras para aprender a técnica.

Boletim Engenharia de Superfícies: – A imagem mostra uma cerâmica a base de argila vermelha com incorporação de resíduo de granito. Como foi obtido esse material?

Israel Krindges: – O espécime de cerâmica foi obtido em laboratório, pelo método de prensagem uniaxial, tratando-se de uma das condições experimentais avaliadas em minha pesquisa de mestrado. Diferentes rochas (granito, riodacito e diabásio) foram incorporadas em diferentes teores (até 40 %) nas cerâmicas, que foram sinterizadas a 850 °C, 950 °C e 1050 °C. O efeito da incorporação de resíduo de rocha e da temperatura de sinterização nas propriedades tecnológicas, resistência à ruptura e microestrutura foi avaliado.

Boletim Engenharia de Superfícies: – Ajude-nos a entender o que estamos vendo na imagem. O que são as cavidades que estão no centro? Por que a superfície é tão rugosa?

Israel Krindges: – A topografia da amostra é resultado do modo como a superfície foi obtida: por fratura após ensaio mecânico. As regiões mais altas correspondem às partículas incorporadas na matriz cerâmica. As cavidades do centro da imagem, bem como outras mais alongadas no restante da imagem correspondem aos poros que se formam e aumentam de tamanho durante o processo de sinterização. Na sinterização, as partículas da cerâmica se ligam umas às outras e, dependendo da temperatura de sinterização, os poros ficam maiores ou menores, mais alongados ou arredondados.

Boletim Engenharia de Superfícies: – Comente a respeito do processo de geração da imagem 3D. É realizado por meio de software do microscópio? É um processo completamente automático ou a intervenção da pessoa que opera o programa influi na qualidade final da imagem?

Israel Krindges: – Alguns microscópios eletrônicos possuem recursos para geração automática de imagens 3D do tipo anaglifo. No entanto, a imagem do calendário foi gerada manualmente, de maneira didática, de modo a compreender o método de geração de anaglifos em um microscópio eletrônico que não permite a geração automática. Para geração manual do anaglifo a primeira etapa é a escolha de uma região para obtenção de imagem, com o estágio do microscópio inclinado (e.g. a 5°). Com auxílio de uma lâmina transparente na frente do monitor é demarcado um esboço da imagem obtida. O estágio é então inclinado para o lado contrário (e.g. a -5°), localiza-se a mesma região na mesma magnificação, e a nova imagem precisa ser aproximadamente ajustada para coincidir com a posição da primeira imagem (com auxílio do esboço na frente do monitor). As duas imagens obtidas podem ser manipuladas em um software livre chamado Stereophoto Maker, que as combina e gera as colorações que permitem visualização com óculos 3D do tipo anaglifo.

Boletim Engenharia de Superfícies: – Gostaria de agradecer alguém que tenha participado da realização da imagem vencedora?

Israel Krindges: – Agradeço à professora Maria Cristina Moré Farias por ter possibilitado a realização do curso de produção de imagens 3D com microscópio eletrônico e pelo convite para participar e ao professor Tanaka pelo aprendizado.


Imagem do mês de agosto. Entrevista com a autora.

29/08/2016
TEM de nanopartículas de ouro em grade de cobre e carbono. Crédito: Rayssa Helena Arruda Pereira, estudante da UFES (ES).

TEM de nanopartículas de ouro em grade de cobre e carbono.

Sabia que o ouro nem sempre é de cor amarela? Que “ouro dourado” não é um pleonasmo? Quando se apresenta em forma de partículas ou clusters de tamanho nanométrico, o ouro pode ser de outras cores.

Na imagem que enfeita a página de agosto do calendário do Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies, nanopartículas de ouro de vários formatos e de tamanhos variando entre 20 e 40 nm se exibem em vários tons de quatro cores diferentes. Porém, neste caso, o responsável pela variedade na coloração não é a natureza e sim o software Photoshop®.

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A mesma imagem, antes de ser colorida.

As nanopartículas da imagem foram fabricadas na Universidade Federal do Espírito Santo (UFES) por meio de um processo químico que envolveu um extrato de grãos de café verde (o café em estado natural, antes de ser torrado). Por meio de um microscópio eletrônico de transmissão (TEM, na sigla em inglês), as minúsculas partículas se tornaram visíveis aos olhos humanos para serem analisadas dentro de um projeto de pesquisa que visa desenvolver nanopartículas metálicas biocompatíveis que possam carregar fármacos dentro do organismo ou ser usadas diretamente como agentes terapêuticos.

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Rayssa Helena Arruda Pereira

Finalmente, a imagem foi colorida com a finalidade de embelezá-la para concorrer ao Prêmio Superfícies em Imagens. E ganhou um dos doze prêmios do concurso.

Segue aqui uma entrevista com a autora da imagem, Rayssa Helena Arruda Pereira, bacharel em Farmácia pela UFES (2011), especialista em Manipulação Farmacêutica e Cosmetológica pela Escola Superior de Ciências da Santa Casa de Misericórdia de Vitória (2015), mestre em Bioquímica e Farmacologia pela UFES (2016) e doutoranda do Programa de Pós-Graduação em Biotecnologia na UFES.

Boletim Engenharia de Superfícies: – Fale sobre o contexto em que foi gerada a imagem.

Rayssa Helena Arruda Pereira: – A imagem foi adquirida no período do meu mestrado em um estudo paralelo e correlato à minha pesquisa.  Esse estudo integra uma linha de pesquisa do nosso núcleo de nanotecnologia (NICEnano), que visa produzir nanopartículas de ouro e prata utilizando extratos vegetais biocompatíveis, compreender os mecanismos envolvidos nas reações, induzir a formação direcionada de formas e tamanhos e avaliar o potencial terapêutico. As nanopartículas evidenciadas na imagem foram sintetizadas a partir da reação química entre o precursor do ouro e o extrato aquoso liofilizado de grãos de café verde. Nesse estudo, avaliamos estatisticamente a influência da temperatura e da concentração sobre a dispersão de formatos e tamanhos, perfis espectrométricos e o rendimento da reação.

O objetivo da pesquisa é padronizar e desenvolver nanopartículas metálicas biocompatíveis para servirem como carreadores de fármacos ou como próprio agente terapêutico.  Atualmente, obtivemos resultados importantes para a formação controlada e reprodutível das nanopartículas de ouro, identificamos os grupos estabilizadores das nanopartículas, padronizamos as melhores rotas e avaliamos o efeito antibacteriano de algumas delas.

Esse projeto é financiado pela CAPES, que fornece a minha bolsa, e pela FAPES, que financia a linha de pesquisa.

Boletim Engenharia de Superfícies: – Descreva um pouco os elementos presentes na imagem e explique-nos como ocorreu o processo de fabricação das nanopartículas e por que elas ficaram dispostas nesta configuração.

Rayssa Helena Arruda Pereira: – A imagem foi obtida no nosso laboratório, Laboratório de Ultraestrutura Celular “Carlos Alberto Redins” da UFES, e mostra nanopartículas de ouro de tamanhos variados entre 20 e 40 nm sobre uma grade de cobre revestida por carbono, a qual é utilizada apenas para obtenção das imagens pelo microscópio eletrônico de transmissão. As nanopartículas de ouro são formadas quando os grupos redutores das moléculas antioxidantes presentes no extrato transferem seus elétrons para o precursor do ouro. Os elétrons cedidos são aceitos pelo átomo de ouro, o qual é reduzido. No meio reacional, o composto precursor formará um complexo, ou seja, uma combinação de um átomo metálico central com vários ligantes, cujo estado de oxidação é alto. Tais complexos auxiliam e estabilizam a formação das nanopartículas, que são formadas à medida que os elétrons são introduzidos no complexo, e, constituem, portanto, os primeiros núcleos. Essas pequenas estruturas crescem formando clusters de átomos de ouro em diferentes estados de oxidação. Com a diminuição da concentração dos íons no meio, novos pontos deixam de ser nucleados e os clusters passam a crescer de tamanho até o momento em que a depleção dos íons do precursor paralisa o crescimento das nanopartículas. O ajuste entre as concentrações dos reagentes e a temperatura irá reger a formação dessas nanopartículas; na imagem em questão, as condições foram ajustadas para permitir a formação de partículas não esféricas, tais quais triângulos e bastões. Por meio da espectrometria no infravermelho e da espectroscopia Raman foi possível identificar os grupos químicos envolvidos na reação.

Boletim Engenharia de Superfícies: – Gostaria de agradecer alguém que tenha participado da realização da imagem vencedora?

Rayssa Helena Arruda Pereira: – Gostaria de agradecer ao meu orientador de mestrado professor Marco César Cunegundes Guimarães, aos acadêmicos que colaboraram marcadamente com o projeto, o professor do Instituto Federal  do Espírito Santo Adilson Ribeiro Prado e o biólogo e doutorando em Biotecnologia Jairo Oliveira Pinto e, ao biólogo e técnico do nosso laboratório Helio Santos pelo tratamento da imagem.

Para entrar em contato com Rayssa: rayssaharper@hotmail.com


Imagem do mês de julho. Entrevista com a autora.

29/07/2016
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MEV de aço AISI 316L nanoestruturado por bombardeamento iônico.

A imagem do mês de julho chama a atenção pela riqueza de planos e texturas.

Os planos são as faces micrométricas de cristais/grãos que emergem na superfície de uma amostra de aço vista através de um microscópio eletrônico de varredura do LNNano – CNPEM. As texturas ou padrões foram obtidos ao bombardear a amostra de aço com íons de xenônio.

Além de gerar os padrões superficiais, o bombardeamento iônico traz modificações internas nos aços, e inclusive pode otimizar o efeito da nitretação – um tratamento de superfície habitualmente utilizado na indústria para melhorar o desempenho de peças e componentes.

Segue uma entrevista com a autora da imagem, Silvia Azevedo dos Santos Cucatti, que está realizando o doutorado em Física na Unicamp, com orientação do professor Fernando Álvarez.

Boletim Engenharia de Superfícies: – Fale sobre o contexto em que foi gerada a imagem.

Silvia Cucatti: – A imagem foi gerada como parte da minha pesquisa de doutorado. O projeto envolve o estudo de aço modificado pela técnica de bombardeamento iônico com gases nobres. Estudamos modificações em superfície, como as observadas na imagem do concurso, e modificações em volume como a presença de tensões residuais após o processo. Além disso, também estudamos como tais modificações influenciam a difusão de nitrogênio no aço após outro processo chamado nitretação a plasma, técnica que melhora o desempenho de aços na indústria mecânica através de alterações de dureza e resistência ao desgaste e à corrosão.

O objetivo do projeto é aumentar o entendimento dos fenômenos físicos e mecanismos fundamentais envolvidos tanto no processo de bombardeamento iônico como na nitretação. Até o momento, já temos resultados envolvendo o comportamento dos padrões observados na imagem do calendário e de tensões residuais em função de diferentes condições experimentais de bombardeamento iônico.

Esse projeto é financiado através do CNPq, que fornece minha bolsa de doutorado, e pela FAPESP (projeto temático  2012/10127-5).

Boletim Engenharia de Superfícies: – Na imagem, qualquer pessoa pode distinguir regiões que parecem corresponder a diferentes planos de uma estrutura tridimensional. Cada região tem um padrão/textura particular. Explique-nos o que estamos vendo.

Silvia Cucatti: – Na imagem vemos as faces dos diferentes cristais da superfície. A sensação de 3D é real e surge da diferença de altura que existe tanto entre os grãos como nos próprios padrões. Alguns cristais são mais altos que outros, e os padrões observados possuem picos e vales de altura, assim como ondas.

Esses padrões surgem como resultado da interação entre os átomos da superfície e os íons de xenônio. O formato dos padrões em um cristal depende do modo como os átomos dele estão posicionados, por isso surgem formas diferentes para cristais diferentes.

Boletim da SBPMat: – Conte-nos em que consiste o bombardeamento iônico por xenônio realizado na amostra da imagem. Esse processo já é aplicado em peças da indústria metal-mecânica, em escala industrial?

Silvia Cucatti: – Na técnica de bombardeamento iônico, íons de um determinado gás são lançados em direção a um material (um processo análogo ao arremesso de uma bala de canhão em um alvo, por isso o mesmo nome “bombardeamento”). Esse processo já é utilizado na indústria metal-mecânica para limpar a superfície das peças antes de outros procedimentos. Parte da inovação do meu projeto de doutorado consiste em expandir a aplicação desse processo para outros fins, como a otimização da nitretação.

Boletim Engenharia de Superfícies: – Gostaria de agradecer alguém que tenha participado da realização da imagem vencedora?

Silvia Cucatti: – Gostaria de agradecer ao meu professor orientador Fernando Alvarez, aos professores colaboradores Roosevelt Droppa Jr, Carlos Alejandro Figueroa e Luiz Fernando Zagonel, ao técnico do meu laboratório, Piacenti, e aos meus colegas de grupo Mónica, Diego e Vinicius.

Para entrar em contato com Silvia: scucatti@ifi.unicamp.br


Imagem do mês de junho. Entrevista com o autor.

27/06/2016
Imagem de SEM de silício texturizado com nanopartículas de Ag. Crédito: Douglas Soares da Silva, estudante da UNICAMP (SP).

Imagem MEV de silício texturizado com nanopartículas de Ag.

Na página do mês de junho do calendário do Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies, uma imagem de microscopia eletrônica de varredura (MEV) mostra uma das pirâmides micrométricas “esculpidas” na superfície de uma amostra de silício cristalino, parcialmente coberta por nanopartículas de prata (os pontinhos claros da imagem). Esta estrutura, longe de ter apenas uma função decorativa, pode ser usada para fabricar células fotovoltaicas (dispositivos que transformam diretamente a luz do sol em corrente elétrica) mais eficientes. De fato, enquanto a geometria das pirâmides aumenta a probabilidade de absorção da luz pelo material, a presença das nanopartículas de prata ajuda a direcioná-la para onde interessa por meio dos chamados “efeitos plasmônicos”.

A imagem foi realizada no Laboratório Nacional de Nanotecnologia (LNNano) do Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM) por Douglas Soares da Silva, e depois colorizada digitalmente. Douglas está concluindo seu doutorado em Física na Unicamp com orientação do professor Francisco das Chagas Marques. Em paralelo, ele trabalha no Instituto de Química da Unicamp com técnicas de microscopia (eletrônica e de força atômica), auxiliando grupos de pesquisa desse instituto e seus colaboradores.

Segue uma entrevista com Douglas.

Boletim Engenharia de Superfícies: – Fale sobre o contexto em que foi gerada a imagem.

Douglas Soares da Silva: – Esta imagem ilustra o resultado final de um processo de microtexturização superficial, na forma de pirâmides com base quadrada, de silício cristalino, seguido de uma segunda etapa onde as microestruturas produzidas são decoradas com nanopartículas de prata (Ag). O objetivo deste procedimento foi produzir uma estrutura final onde fosse aumentada tanto a probabilidade de absorção de luz como seu subsequente aproveitamento na fotocriação de portadores de carga, potencializando, com isso, a produção de células fotovoltaicas mais eficientes. Este trabalho, coordenado pelo Prof. Dr. Francisco das Chagas Marques com financiamento da FAPESP e do Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies (CNPq – programas INCTs), foi desenvolvido paralelamente às atividades de pesquisa diretamente relacionadas ao tema de meu doutorado.

Boletim Engenharia de Superfícies: Por que/para que o silício foi texturizado formando pirâmides?

Douglas Soares da Silva: – A texturização em forma de pirâmides com base quadrada ocorre graças à existência de anisotropia à corrosão química por parte dos planos cristalográficos do silício. As pirâmides criadas na texturização da superfície do silício aumentam a probabilidade de absorção da luz pelo material. É como se o feixe incidente colidisse com as faces das pirâmides e resultasse em maiores chances de ultrapassar a interface com o material. O resultado pode ser visto por uma diminuição da reflexão, que em geral altera-se de 40%, quando luz na faixa do visível é incidida perpendicularmente sobre uma lâmina de silício polida, para próximo de 10% no caso do material texturizado. Esta técnica é rotineiramente usada em tecnologias de produção de células solares.

Boletim Engenharia de Superfícies: – Como foram “inseridas” as nanopartículas de prata?

Douglas Soares da Silva: – Posterior à etapa de microtexturização, induziu-se termicamente, e em ultra-alto-vácuo, a formação de nanopartículas de Ag sobre toda a superfície microtexturizada a partir de um filme muito fino depositado através da técnica de pulverização, chamada de “sputtering”. A vantagem da metodologia utilizada é exatamente a revelada pela imagem: as partículas podem ocupar de maneira uniforme superfícies muito inclinadas.

Boletim Engenharia de Superfícies: – Explique muito brevemente em que consistem os efeitos plasmônicos que podem ser incentivados pela presença das nanopartículas de prata.

Douglas Soares da Silva: – Efeitos plasmônicos, de forma bastante sucinta, podem ser entendidos como processos de espalhamento de luz causado por oscilações de cargas elétricas. Fenômenos como a amplificação localizada da radiação incidente e/ou seu desvio controlado de trajetória podem ser induzidos a partir da interação entre os campos oscilantes que a compõem com os elétrons, sobretudo aqueles de maior mobilidade, presentes, por exemplo, em nanopartículas de Ag. A intensidade desses fenômenos dependerá tanto do comprimento de onda da radiação incidente quanto da forma, tamanho e o ambiente em que a nanopartícula está imersa. Em nosso caso, o objetivo era produzir maior redirecionamento da luz solar para a homojunção PN da célula fotovoltaica de silício.

Boletim Engenharia de Superfícies: – Gostaria de agradecer alguém que tenha participado da realização da imagem vencedora?

Douglas Soares da Silva: – Gostaria de agradecer aos profissionais técnicos da área de microscopia eletrônica do LNNano/CNPEM pelos ensinamentos e pela ajuda nas caracterizações. A imagem foi obtida no microscópio eletrônico de varredura deste centro. Agradeço também ao Dr. Gustavo Viana pela interpolação de cores desta micrografia.

Para entrar em contato com Douglas: dsoares@ifi.unicamp.br.


Imagem do mês de maio.

03/06/2016
Rede de coordenação com íons de európio.

Rede de coordenação com íons de európio.

Um crisântemo pompom decora a página do mês de maio do calendário do Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies. A aparente flor é, na verdade, uma rede de coordenação (MOF) microscópica composta por íons de európio ligados a moléculas orgânicas, vista através de um microscópio eletrônico de varredura (MEV). Por ser luminescente, o material encontra aplicações como marcador e sensor, por exemplo. A imagem foi realizada no Centro de Tecnologias Estratégicas do Nordeste (CETENE), em Recife (PE) por Dyego Maia de Oliveira, e resulta do mix entre dois tipos de imagens geradas pelo MEV, a de elétrons secundários e a de elétrons retroespalhados.


Imagem do mês de abril. Entrevista com a autora.

25/04/2016
Nanopartículas core-shell seguindo as linhas de campo. Crédito: Helena Augusta Lisboa de Oliveira, estudante da UnB (DF).

Nanopartículas core-shell seguindo as linhas de campo.

Maio do ano passado no Laboratório de Fluídos Complexos da Universidade de Brasília. Partículas nanométricas feitas de óxidos metálicos, imersas num líquido contido num béquer, são atraídas por um ímã e se agrupam em linhas configurando um desenho de assombrosa semelhança com o íris de um olho. A então mestranda Helena Augusta Lisboa de Oliveira imortaliza a cena com a câmera de seu celular, com o objetivo de participar do concurso “Superfícies em Imagens”. Helena Augusta faz algumas alterações nas cores da foto e, no final do mês, ela candidata essa e mais duas imagens ao prêmio. A foto é escolhida como uma das imagens vencedoras e é publicada do calendário do Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies na página do mês de abril.

A partir dessa experiência, Helena Augusta reuniu mais imagens científicas com valor estético e as publicou em sua página no Instagram, que hoje tem quase 500 seguidores. Em paralelo, a “fotógrafa científica” amadora finalizou o mestrado em Ciência de Materiais e iniciou, neste ano, o doutorado em Tecnologias Química e Biológica, também na Universidade de Brasília (UnB), no qual dará continuidade ao tema da pesquisa de mestrado: a fabricação e caracterização de nanopartículas magnéticas, e seu uso na remoção de metais pesados e poluentes orgânicos presentes em efluentes industriais e outros meios aquosos.

Segue uma entrevista com Helena Augusta.

Boletim Engenharia de Superfícies: – Conte sobre o contexto em que foi realizada a imagem: o trabalho de pesquisa e seus resultados.

Helena Augusta Lisboa de Oliveira: – O trabalho de mestrado teve como objetivo o desenvolvimento de uma nova nanotecnologia para remediação ambiental em que foram elaborados, caracterizados e aplicados nanoadsorventes magnéticos baseados em nanopartículas core-shell do tipo CoFe2O4@ γ-Fe2O3 para remoção do Cr(VI), conhecido como cromo hexavalente, de meios aquosos. A maior vantagem em se utilizar nanoadsorventes magnéticos, além da grande área superficial em pequena quantidade de amostra -por se tratar de partículas em escala nanométrica-, é a separação magneticamente assistida, método rápido e de alta eficiência. Os nanoadsorventes e o Cr(VI) podem ainda ser recuperados e reutilizados. Esperamos ainda neste ano gerar um paper e também um pedido de patente. No doutorado, pretendemos expandir a utilização dos nanoadsorventes para aplicações ambientais na remoção de poluentes orgânicos, além dos metais pesados. Os órgãos que fomentaram esse trabalho foram: FAP-DF, FINATEC, CAPES e CNPq.

Boletim Engenharia de Superfícies: – A imagem é uma foto de um experimento realizado para fins de pesquisa ou uma montagem com fins estéticos? Se for para pesquisa, qual era o objetivo do experimento?

Helena Augusta Lisboa de Oliveira: – A imagem foi obtida durante a realização de um dos experimentos do meu trabalho de dissertação. O objetivo do experimento na etapa retratada foi fazer a separação química dos nanoadsorventes magnéticos da solução de cromo hexavalente Cr(VI), com o auxílio de um ímã. Na imagem, o ímã foi afastado propositalmente do béquer para que as linhas de campo que orientam as partículas ficassem mais amplas, artisticamente para a foto.

Boletim Engenharia de Superfícies: – Explique em que consistiu o experimento de modo que possamos saber o que estamos vendo na imagem.

Helena Augusta Lisboa de Oliveira: – Os nanoadsorventes – em preto – foram colocados num béquer de 250 mL, onde já havia uma solução de Cr(VI) – em rosa (que originalmente é amarela*). Abaixo do béquer, foi colocado o ímã. Rapidamente, os nanoadsorventes magnéticos (que até então estavam dispersos na solução) se alinharam conforme as linhas de campo do ímã, tridimensionalmente (ainda imersos no meio líquido).

* A foto original pode ser vista na minha página do Instagram: @haloliveira. Destaco que a inspiração para fazer a coletânea e divulgação das imagens na página surgiu graças ao Concurso Superfícies em Imagens, que me motivou a explorar este lado da vivência científica.

Boletim Engenharia de Superfícies: – O que faz as partículas da imagem funcionarem como nanoadsorventes em águas?

Helena Augusta Lisboa de Oliveira: – Os nanoadsorventes magnéticos elaborados são baseados em nanopartículas core-shell (com um núcleo e camada externa feitos de diferentes materiais) do tipo CoFe2O4@γ-Fe2O3. A superfície de maguemita tem grande afinidade com o Cr(VI). Ao serem colocados em contato e agitação com solução contaminada com Cr(VI), o Cr(VI) tende a ser adsorvido na superfície de maguemita. O núcleo de ferrita de cobalto, por sua vez, garante uma rápida separação assistida magneticamente, devido às suas propriedades magnéticas.

Boletim Engenharia de Superfícies: – Partículas desse tipo já estão no mercado/ já são utilizadas em aplicações ambientais fora do laboratório?

Helena Augusta Lisboa de Oliveira: – A ideia é que os nanoadsorventes sejam aplicados em efluentes industriais contendo Cr(VI). Antes de a indústria liberar seu efluente contaminado com altas concentrações de Cr(VI) para o ambiente, ele deve ser tratado. Utilizando-se os nanoadsorventes, um grande volume de efluente contaminado seria reduzido a poucos litros de solução de Cr(VI) concentrada, que pode inclusive ser reutilizada pela indústria, como matéria prima com valor agregado.

Já existem sorventes de Cr(VI) baseados em nanopartículas no mercado, mas que só funcionam em determinadas condições restritas de uso.

Boletim Engenharia de Superfícies: – Gostaria de agradecer alguém que tenha participado da realização da imagem vencedora?

Helena Augusta Lisboa de Oliveira: – Agradeço ao meu orientador Alex Fabiano Cortez Campos que teve a ideia desse projeto. Ao Webert Medeiros, à Priscilla Coppola e ao Franciscarlos Gomes da Silva por fornecerem amostras para o trabalho.

Helena Augusta Lisboa de Oliveira e o professor Alex Fabiano C. Campos. Crédito: Aniger Lisboa.

Helena Augusta Lisboa de Oliveira e o professor Alex Fabiano C. Campos. Crédito: Aniger Lisboa.

Para entrar em contato com Helena Augusta: helena.augusta1@gmail.com.


Imagem do mês de março. Entrevista com a autora.

29/03/2016

por Verónica Savignano

MEV de nanofolhas de Cu(OH)2 crescido sobre lâmina de cobre.

MEV de nanofolhas de Cu(OH)2 crescido sobre lâmina de cobre.

Grama crescida sobre um montículo de terra é o que sugere a imagem que ilustra a página de março do calendário do Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies. Todavia, a grama não é feita de grama, e sim de hidróxido de cobre (II), e suas folhas têm cerca de 37 nm de espessura e 2 ou 3 mm de comprimento. Por sua vez, a terra não é bem terra; trata-se de uma lâmina de cobre que foi forçada a se oxidar ao coloca-la em contato com uma solução aquosa contendo hidróxido de amônio e hidróxido de sódio. Depois de uma série de reações químicas consecutivas, formou-se o hidróxido de cobre (II) sobre a lâmina. Ou, em outras palavras, a grama cresceu sobre a terra.

Na imagem, a estrutura aparece aumentada 10 mil vezes por um microscópio eletrônico de varredura do Centro de Microscopia da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) e colorida digitalmente usando um editor de imagens.

A formação da nanograma de hidróxido de cobre (II) fez parte de um trabalho realizado em 2014, cujo objetivo era o desenvolvimento de um novo sensor eletroquímico (ou seja, baseado em reações de oxidação e redução) para detectar glicose.

A autora do trabalho, e da imagem, é Natália Goedtel Medeiros, aluna do mestrado em Química da UFRGS, onde também realizou o bacharelado em Química.

Segue uma breve entrevista com a autora.

Boletim Engenharia de Superfícies: –  Explique, pensando em um público amplo, de não especialistas, como se formou o hidróxido de cobre II que aparece na imagem do calendário.

Natália Goedtel Medeiros: – Uma lâmina de cobre foi deixada em contato com uma solução contendo hidróxido de amônia (NH4OH) e hidróxido de sódio (NaOH). Nesse meio ocorre a oxidação do metal cobre, Cu0  →  Cu+2 + 2e-. Os íons Cu+2 reagem com o NH3 formando um aminocomplexo, Cu +2 + 4NH3  →[Cu(NH3 )4 ] +2, o qual posteriormente forma o hidróxido de cobre (II) pela reação com o grupo hidroxila (-OH), [Cu(NH3 ) 4 ] +2 + 2  OH →Cu(OH) 2 + NH4 OH.

Boletim Engenharia de Superfícies: – Ainda pensando em um público de não especialistas, explique de que maneira essa nanoestrutura pode ser utilizada na detecção de glicose. E comente mais sobre essa aplicação: vocês têm algum dispositivo em mente (por exemplo, um medidor de glicose em sangue) para a nanoestrutura?

Natália Goedtel Medeiros: – As nanoestruturas de hidróxido de cobre (II) podem ser utilizadas como um sensor eletroquímico na detecção de glicose devido ao seu efeito eletrocatalítico, que permite que a glicose seja oxidada na superfície do eletrodo gerando uma quantidade de corrente que é proporcional à sua concentração. Desta forma, pode-se utilizar este eletrodo na confecção de um dispositivo similar ao glicosímetro. Todavia, as nanofolhas de hidróxido de cobre (II) não mostraram ser tão eficientes na oxidação da glicose quanto as nanoflores de óxido de cobre (II). Mas a sua formação permitiu elucidar o mecanismo de crescimento de nanoflores de óxido de cobre (II) que foi objeto de estudo como sensor de glicose. Os resultados deste último foram publicados recentemente no Journal of Solid State Electrochemistry.

Foto do grupo de pesquisa. Da esquerda para a direita, Vanessa (IC), professora Jacqueline Arguello (orientadora), Natália (mestranda) e Filomeno (doutorando).

Foto do grupo de pesquisa. Da esquerda para a direita, Vanessa (IC), professora Jacqueline Arguello (orientadora), Natália (mestranda) e Filomeno (doutorando).

Boletim Engenharia de Superfícies: – Conte sobre o contexto em que foi realizada a imagem.

Natália Goedtel Medeiros: – Esta imagem foi realizada durante o desenvolvimento do meu trabalho de conclusão do curso de Bacharelado em Química na UFRGS, o qual foi orientado pela Prof.ª Dra. Jacqueline Arguello da Silva e cujo título é “Síntese de nanoflores de óxido de cobre para sensor eletroquímico de glicose”. Neste trabalho, o objetivo era desenvolver um novo sensor eletroquímico não-enzimático para detecção de glicose através da formação de nanoestruturas sobre uma lâmina de cobre. A imagem gerada auxiliou na elucidação do mecanismo de crescimento das nanoestruturas do óxido de cobre (II), composto que é formado posteriormente ao hidróxido de cobre (II). As nanoflores de óxido de cobre (II) foram utilizadas como sensor eletroquímico não enzimático para detecção de glicose. Estes resultados geraram um artigo publicado, cuja referência pode ser conferida abaixo. As fontes de financiamento são as agências de fomento CNPQ (Processo: 550441/2012-3), INCTBio (CNPq/INCT 573672/2008-3), CAPES e Propesq/UFRGS através de bolsas e projetos de pesquisa.

Referência: N. G. Medeiros, V. C. Ribas, V. Lavayen ,J. Arguello Da Silva. Synthesis of flower-like CuO hierarchical nanostructures as an electrochemical platform for glucose sensing. Journal of Solid State Electrochemistry, DOI 10.1007/s10008-016-3163-1

Boletim Engenharia de Superfícies: – Gostaria de agradecer alguém que tenha participado da realização da imagem vencedora?

Natália Goedtel Medeiros: –  Gostaria de agradecer à minha orientadora Prof.ª Dra. Jacqueline Arguello da Silva, aos meus colegas do grupo de pesquisa do Laboratório de Nanomateriais para Aplicações Analíticas ou Biomédicas da UFRGS, ao Instituto de Química da UFRGS e ao Centro de Microscopia e Microanálise da UFRGS.

Para entrar em contato com Natália: nataliagoedtel@gmail.com.