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

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Imagem do mês de janeiro. Entrevista com o autor.

27/01/2016

por Verónica Savignano

Imagem MEV de MOF obtido via microondas.

Imagem MEV de MOF obtido via microondas.

Na página do primeiro mês de 2016, o calendário do Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies exibe um conjunto de estruturas micrométricas arredondadas, cuja superfície apresenta um relevo acidentado, responsável por sua relativamente grande área superficial. Aguçando um pouco a vista, conseguimos distinguir que as estruturas são feitas de um material poroso.

O nome científico de cada uma destas bolinhas rugosas é MOF, de “metal-organic framework”. As MOFs da imagem são compostas por íons de elementos metálicos, no centro, ligados a moléculas orgânicas ao redor. A repetição dessas estruturas rígidas tridimensionais forma uma rede de átomos ordenada – por isso as MOFs são materiais cristalinos.

A imagem foi realizada usando um microscópio eletrônico de varredura (MEV) do Laboratório de Química de Materiais e Sensores (LMSEN) da Universidade Estadual de Maringá (UEM).

Segue uma entrevista com o autor da imagem, Bill Nishar Safadi, 20 anos, estudante do curso de graduação em Química da UEM, no Estado de Paraná.

Boletim Engenharia de Superfícies: – As estruturas MOF da imagem foram sintetizadas pensando em uma aplicação, não é mesmo? Conte-nos um pouco qual seria essa aplicação e qual seria sua importância social/econômica/ecológica.

Bill Safadi: – Esta classe de materiais é munida de elevada área específica, volume de poro elevado e estrutura flexível, o que torna o material altamente poroso. Estas importantes características proporcionam um grande potencial de aplicação para estes materiais. No que tange sua aplicação pode-se citar: armazenamento de gás, separação, sensoriamento químico, transporte de fármacos, aplicações em catálise heterogênea, entre muitas outras. Diante do potencial apresentado pelo material, pensou-se no emprego do material na adsorção de dióxido de carbono (CO2). Salienta-se que, na literatura, é visível o crescente número de tecnologias desenvolvidas para esta finalidade, pois existe uma preocupação global na diminuição das emissões de CO2. De acordo com a necessidade de diminuir a quantidade de CO2, a proposta foi desenvolver um material oriundo de fontes alternativas e aplicar esse material com apelo ambiental, visando minimizar a quantidade desse e outros gases presentes na atmosfera. Salienta-se ainda que o grande diferencial das MOFs é que estes materiais precisam de pouca energia para recuperar o CO2 capturado e aplica-lo em seu reuso. É digno de nota que o projeto para a síntese e aplicação destes materiais ostenta importância sócio/econômica e ambiental além de formação de recursos humanos altamente qualificados na área.

Boletim Engenharia de Superfícies: – Agora conte-nos um pouco sobre o contexto em que foi realizada esta imagem.

Bill Safadi: – A micrografia premiada é referente ao meu projeto PIBITI intitulado “Desenvolvimento de estruturas metal orgânicas (MOF) para aplicação em captura e armazenamento de hidrogênio e dióxido de carbono’, realizado no período de 01/08/2014 a 31/07/2015. No entanto, já trabalho na síntese de materiais porosos desde o meu primeiro ano de graduação no Laboratório de Química de Materiais e Sensores (LMSEN) da UEM. Juntamente com os demais membros do grupo, buscamos realizar um estudo sistemático do processo de síntese de MOFs que por sua vez são obtidas a partir de diferentes metais, diferentes métodos e diferentes fontes. Além disso, o desenvolvimento de novas MOFs com a utilização de ligantes orgânicos específicos. Como é uma área com elevado potencial de aplicação, o grupo também conta com uma relevante colaboração com renomados pesquisadores estrangeiros, para o desenvolvimento de projetos em parceria. No que tange ao financiamento, o projeto é financiado pela Fundação Araucária/PR (Processo: 830/2013).

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

Bill Safadi: – Gostaria de agradecer principalmente o meu orientador Prof. Dr. Andrelson Wellington Rinaldi – DQI/UEM, pelo auxílio e suporte em todas as etapas do projeto, o doutorando Cleiser Thiago Pereira da Silva – PQU/UEM e o professor Dr. Murilo Pereira Moisés – UTFPR/Campus Apucarana, que me auxiliaram em todas as atividades do laboratório, assim como nas análises de dados. Também agradeço os demais colegas do grupo de pesquisa que são meus colaboradores e que muito me ajudaram durante a execução deste projeto, uma vez que este trabalho não é fruto de um esforço individual, e sim um trabalho de um grupo. Agradeço também ao CNPq pela minha bolsa de Iniciação Científica Tecnológica, a Fundação Araucária/PR pelo suporte financeiro, ao COMCAP da UEM e ao Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies pela oportunidade de concorrer com nossa imagem.

Grupo do LMSEN - UEM

Grupo do LMSEN – UEM

Para entrar em contanto com Bill: billsafadi@gmail.com