Imagem do mês de novembro. Entrevista com o autor.

01/12/2016
Microestruturas de polipirrol eletrodepositado sobre aço inox.

Microestruturas de polipirrol eletrodepositado sobre aço inox.

Sobre um “chão” de aço inox coberto pelo polímero orgânico polipirrol, jazem “coquinhos” de polipirrol (caídos de uma palmeira de polipirrol?). O cenário só pode ser visualizado com o auxílio de um microscópio, pois os coquinhos têm apenas algumas centenas de micrômetros.

A imagem, que ilustra a página de novembro do calendário do Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies, foi realizada pelo estudante do curso de Engenharia Química da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) Stéfano Rahmeier Marquetto, usando um microscópio eletrônico de varredura (MEV) do centro de microscopia da federal gaúcha. As estruturas de polipirrol foram obtidas a partir de uma técnica chamada cronoamperometria, com o intuito de servirem como dispositivos para liberação controlada de fármacos através de impulsos eletroquímicos. Para participar do concurso “Superfícies em Imagens”, Stéfano coloriu artificialmente a imagem e conseguiu deixar bem explícita sua semelhança com um cantinho debaixo de uma palmeira…

Veja nossa breve entrevista com Stéfano.

Stéfano Marquetto.

Stéfano Marquetto.

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

Stéfano Marquetto: – A imagem foi gerada durante uma pesquisa de iniciação científica, sob orientação da professora Dr. Jacqueline Arguello, pelo programa BIC UFRGS – REUNI. Nós pesquisamos processos de eletropolimerização com o objetivo de criar sistemas capazes de armazenar compostos e responder a uma diferença de potencial.

Boletim Engenharia de Superfícies: – Explique de modo simples e breve o passo-a-passo da eletrodeposição que gerou as estruturas de polipirrol. Por que foi depositado em aço inox? Por que o processo gerou os “coquinhos”?

Stéfano Marquetto: – Basicamente, montamos uma célula eletrolítica com uma solução contendo pirrol e surfactante, e aplicamos uma diferença de potencial cíclica entre os eletrodos de aço inox. A escolha do aço inox é porque precisamos de uma base firme e condutora e que durante o processo propicie a formação destas estruturas ocas. O processo de polimerização que empregamos faz com que parte do pirrol se polimerize em formas arredondadas.

Boletim Engenharia de Superfícies: – Sobre a aplicação das microestruturas, elas chegaram a ser testadas na liberação controlada de fármacos? Como funciona essa liberação através de impulsos eletroquímicos?

Stéfano Marquetto: – Chegamos a fazer testes para a liberação de morfina, mas em pequena escala. A liberação funciona através de uma propriedade do polipirrol de se contrair ou expandir quando está sob efeito de uma diferença de potencial. Uma vez retido dentro do polímero, o fármaco poderia ser liberado quando o polipirrol se expandisse.

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

Stéfano Marquetto: – Gostaria de agradecer, e muito, à professora Dr. Jacqueline Arguello, que é uma orientadora excelente e foi a principal responsável por termos sido um dos vencedores com esta imagem.

Boletim Engenharia de Superfícies: – Fique à vontade para outros comentários.

Stéfano Marquetto: – Gostaria apenas de novamente agradecer pela premiação e congratular os organizadores, e dizer que ficarei atento para as próximas edições do prêmio.

Para entrar em contato com Stéfano: stefano.marq@gmail.com.

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Imagem do mês de outubro. Entrevista com o autor.

28/10/2016

Folhas caídas na grama enfeitam a página do mês de outubro do calendário do Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies. Cada uma dessa folhas é, na verdade, um cristal de óxido de zinco (ZnO) de espessura nanométrica. As nanofolhas foram fabricadas na Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) visando à sua aplicação como sensores de alta sensibilidade.

A imagem, antes de ser colorida digitalmente usando um editor de imagens, foi realizada num microscópio eletrônico de varredura (MEV) do Centro de Microscopia Eletrônica da UFRGS pelo vice-diretor do centro, o professor Daniel Lorscheitter Baptista. Mestre e doutor em Física pela UFRGS, com pós-doutorado na University of Cambridge (Reino Unido), Baptista foi pesquisador do Laboratório de Microscopia Eletrônica de Alta Resolução do INMETRO e, desde 2010, é professor do Instituto de Física da UFRGS. Na federal gaúcha, ele atua nos programas de pós-graduação em Microeletrônica e em Física. Além disso, é vice-diretor da Sociedade Brasileira de Microscopia e Microanálise (SBMM).

MEV de cristais de ZnO em formato de nanofolhas. Crédito: Daniel Lorscheitter Baptista, professor da UFRGS (RS).

Imagem MEV digitalmente colorida de cristais de ZnO em formato de nanofolhas.

A mesma imagem, antes de ser colorida.

A mesma imagem, antes de ser colorida.

Veja nossa breve entrevista com o professor Daniel.

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

Prof. Daniel Lorscheitter Baptista.

Prof. Daniel Lorscheitter Baptista.

Daniel Lorscheitter Baptista: – A imagem foi obtida durante o processo de otimização da síntese de nanofios de ZnO em um reator desenvolvido na UFRGS. Era um projeto de síntese de nanomateriais para aplicações em sensoriamento de alta sensitividade, nas quais estima-se a detecção de moléculas em baixas concentrações (parte por bilhão – ppb). Nanoestruturas de óxidos metálicos apresentam grande variação em suas propriedades de transporte elétrico ao contato com moléculas em um determinado ambiente. Tal propriedade pode ser utilizada no desenvolvimento de sensores muito mais eficientes do que aqueles fabricados com materiais “bulk”. Áreas biomédicas e de monitoramento ambiental podem ser fortemente impactadas. O projeto foi desenvolvido sobre minha coordenação no âmbito do Edital CNPq “Programa Nacional de Nanotecnologia”.

Boletim Engenharia de Superfícies: – A imagem mostra nanofolhas de óxido de zinco. Elas são nano na espessura? Por que possuem esse formato de folha? Ele se formou espontaneamente? Como foram fabricadas?

Daniel Lorscheitter Baptista: – As folhas têm espessura nanométrica e são o resultado do crescimento do cristal hexagonal de ZnO através da nucleação em duas direções. O método de síntese chama-se VLS (vapor-líquido-sólido), sendo iniciado através da fase vapor do material desejado. Muitas vezes, “sementes” metálicas catalisadoras são utilizadas para auxiliar a nucleação. Em geral, o objetivo desse tipo de síntese é a formação de nanofios. Nesse caso, teríamos o crescimento do ZnO ao longo da direção rápida de crescimento [001], formando um fio com alta razão de aspecto (diâmetro nanométrico e comprimento micrométrico). Entretanto, dependendo das condições de síntese, outros pontos de nucleação podem favorecer o crescimento da estrutura em diferentes direções, formando nanoestruturas peculiares: “folhas”, “flores”, entre outras.

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

Daniel Lorscheitter Baptista: – É importante mencionar que a técnica de síntese descrita foi inicialmente utilizada por mim durante um estágio pós-doutoral no “Electronic Devices & Materials Group” na Universidade de Cambridge, UK. Todo o processo foi trazido de lá. Atualmente, expandimos a técnica e a montagem de novos reatores, trabalhando com diferentes materiais 1D e 2D.

Para entrar em contato com o professor Daniel Lorscheitter Baptista: dbaptista@gmail.com.


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 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.


Imagem do mês de fevereiro. Entrevista com o autor.

23/02/2016

por Verónica Savignano

Nanobastões de ouro crescidos sobre nanotubo de carbono.

Nanobastões de ouro crescidos sobre nanotubo de carbono.

Carbono e ouro compõem a nanoestrutura que ilustra a página do mês de fevereiro do calendário do Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies. Carbono, no nanotubo (de poucos nanômetros de diâmetro), formado por uma série de folhas de grafeno enroladas, de um átomo de espessura cada uma. Ouro, nos nanobastões que parecem enfeitar o nanotubo.

O autor principal da imagem é Anderson Caires de Jesus, doutorando na Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG), e microscopista do Centro de Microscopia dessa universidade, onde foi realizada a imagem usando um microscópio eletrônico de transmissão,

Em seu mestrado, Anderson, orientado pelo professor Luiz Orlando Ladeira, desenvolveu um método de síntese de nanoestruturas híbridas como a da imagem. Além disso, explorou uma de suas possíveis aplicações: usá-las como amplificadores de sinal na identificação de moléculas por meio da técnica de espectroscopia Raman. Partindo dessa possibilidade, Anderson e colaboradores deram mais um passo e desenvolveram nanossensores que detectam compostos químicos e estruturas biológicas, podendo ser usados para diagnóstico médico ou veterinário e para análises químicas. O trabalho já gerou 4 pedidos de patente, além de artigos publicados em periódicos indexados internacionais, e um projeto de empresa spin-off, em busca de investimentos.

Em entrevista a nosso boletim, Anderson Caires explica brevemente como fabricou as nanoestruturas de carbono e ouro e conta mais sobre as aplicações desenvolvidas.

Boletim Engenharia de Superfícies: – Como foi fabricado o “tubinho enfeitado” da imagem do calendário? Por que nanobastões e nanotubo grudam?

Anderson Caires: – Esta imagem mostra nanobastões de ouro crescidos sobre a superfície de nanotubos de carbono. Neste projeto, desenvolvemos um novo processo de síntese de nanoestruturas hibridas, entre nanomateriais de carbono e nanoestruturas de ouro. O processo começa com a redução química de uma solução aquosa de um sal de ouro na presença de materiais de carbono, isso provoca o crescimento de pequenas nanopartículas de ouro em regiões ativamente funcionalizadas dos nanotubos de carbono de paredes múltiplas. Essa solução é então submetida a um processo fotoquímico com irradiação de luz ultravioleta. A ação da luz provoca diversas reações químicas que atuam para promover o crescimento in situ de nanobastões de ouro, utilizando as nanopartículas crescidas pela redução química como base. Podemos controlar a morfologia através da adição de surfactantes. Como o crescimento acontece in situ, os nanobastões ficam fortemente aderidos na superfície dos nanotubos de carbono.

A imagem foi realizada usando um microscópio eletrônico de transmissão (MET) Tecnai de 200 KV, instalado no Centro de Microscopia da Universidade Federal de Minas Gerais – UFMG.

Boletim Engenharia de Superfícies: – Conte-nos um pouco sobre o contexto em que foi realizada a imagem: o projeto no qual se insere, os resultados obtidos nesse projeto etc.

Anderson Caires: – Esta imagem é referente ao meu trabalho de mestrado intitulado “Desenvolvimento de nanomateriais e nanocompósitos para aplicação em detecção química e biológica por espalhamento de luz”. Neste trabalho, eu estou desenvolvendo nanocompósitos entre nanomateriais de carbono (nanotubos de carbono e óxido de grafeno) e nanopartículas de ouro anisotrópicas. Estamos aplicando estes materiais para detecção química e biológica através de espalhamento de luz, utilizando principalmente a técnica de espectroscopia Raman. Na espectroscopia Raman, uma impressão digital molecular pode ser identificada pelo espectro vibracional da molécula em estudo. Porém, o sinal Raman de diversas moléculas é muito fraco, sendo de difícil detecção em medidas convencionais. Assim, um efeito especial, chamado efeito SERS (surface-enhanced Raman spectroscopy), está sendo muito estudado nos últimos anos. Resumidamente, este efeito é uma amplificação do sinal Raman através da interação entre as moléculas em estudo e nanopartículas metálicas. Este material é ótimo para esse tipo de medida por que os nanotubos servem de template para os nanobastões, aumentando a interação entre eles, e ainda aumentando a superfície de absorção para as moléculas. Estamos desenvolvendo sistemas de detecção de compostos químicos para diversas aplicações baseadas neste processo. Durante este projeto publicamos dois artigos em revistas internacionais e temos um terceiro submetido; além disto, depositamos quatro pedidos de patente para o processo e produto. O artigo que trata em particular do trabalho que originou a imagem premiada, pode ser encontrado na referência abaixo. Nossa principal fonte de financiamento são as agências de fomento (CNPq, CAPES e FAPEMIG) através de bolsas e projetos de pesquisa.

Referência: A.J. Caires et al; Highly sensitive and simple SERS substrate based on photochemically generated carbon nanotubes/gold nanorods hybrids, Journal of Colloid and Interface Science, 455 (2015), 78–82. doi:10.1016/j.jcis.2015.04.071

Boletim Engenharia de Superfícies: – Comente quais são as aplicações dos nanobastões de ouro crescidos sobre nanotubos de carbono. São todas aplicações potenciais ou alguma já existe na sociedade fora do laboratório?

Anderson Caires: – Estamos aplicando este material como nanosensor para detecção de compostos químicos e estruturas biológicas, direcionados para o setor de análise química e diagnóstico médico/veterinário in vitro. Como o processo é simples e proporciona grande amplificação de sinal, foi possível desenvolver um sistema de detecção mais eficaz, sensível e barato que as tecnologias atualmente disponíveis no mercado. Isso é possível porque através da interação entre este material e as moléculas em estudo, podemos identificar uma assinatura molecular especifica de cada molécula, e em baixíssimas concentrações, da ordem de nanomolar ou até mesmo mais diluídas. Estamos buscando financiamento para criação de uma empresa focada nestes novos materiais e em sua produção comercial.

foto anderson

Anderson Caires

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

Anderson Caires: – Gostaria de agradecer a toda a equipe do laboratório de nanomateriais do departamento de física da UFMG, e à equipe do Centro de Microscopia da UFMG.

Para entrar em contato com Anderson:

E-mail: andersoncaires@outlook.com. Linkedin: https://br.linkedin.com/in/andersoncaires