Diego Rodrigues, do USP Online
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| Visualização do interior de uma célula com microscopia Raman confocal |
No Laboratório de Química Supremolecular e Nanotecnologia (LQSN) do Instituto de Química (IQ) da USP pesquisadores realizam diversos estudos envolvendo as nanopartículas, estruturas cem mil vezes menores que a espessura de um fio de cabelo que podem ser utilizadas pela física, medicina, indústria petroquímica e metarlúrgica. “São infinitas as aplicações”, afirma o coordenador do laboratório, o professor Henrique Eisi Toma.
O LQSN conta atualmente com um grupo de 25 pesquisadores, entre doutorandos, pós-doutores e alunos de iniciação científica. Uma de suas pesquisas mais extensas utiliza nanopartículas feitas de magnetita, material que, quando na forma nanométrica, se torna um super-ímã. “Ele pode ser injetado para fazer tomografias, pode ser utilizado no transporte de medicamentos, são possíveis inúmeras aplicações”, conta o professor.
Uma aplicação estudada por ele seria na área petrolífera.
“Não somos capazes de extrair das pedras 70% do petróleo, mas com as nanopartículas, pode ser possível tornar o petróleo magnético e movimentá-lo”. Em uma pesquisa financiada pela Petrobrás, ainda em fase inicial, Toma verificará como se pode empurrá-lo para fora da pedra.
Testes em laboratório também verificam a possibilidade das nanopartículas ajudarem na despoluição de rios “É possível colocá-las na água poluída para que elas se liguem às partículas de poluentes. Utiliza-se então um ímã para atrair as nanopartículas com os poluentes grudados a elas”, explica o professor.
Extração mineral limpa
Uma das aplicações mais revolucionárias das nanopartículas é no campo da exploração mineral. “Hoje, quando se extrai cobre, é preciso jogar ácido ou bactérias no minério, para que saia um líquido contendo o cobre. Esse líquido vai para um tanque em que se jogam solventes, reagentes e extrai-se o cobre, que vai em seguida para uma câmara, onde recebe um potencial e torna-se metálico”, descreve o professor. Porém, com o uso de nanopartículas magnéticas, esse processo pode ser reduzido a uma única etapa. “É possível colocá-las no minério de cobre para que se grudem ao material, então se aplica um potencial e o cobre se torna, instantaneamente, metálico”.
Uma das aplicações mais revolucionárias das nanopartículas é no campo da exploração mineral. “Hoje, quando se extrai cobre, é preciso jogar ácido ou bactérias no minério, para que saia um líquido contendo o cobre. Esse líquido vai para um tanque em que se jogam solventes, reagentes e extrai-se o cobre, que vai em seguida para uma câmara, onde recebe um potencial e torna-se metálico”, descreve o professor. Porém, com o uso de nanopartículas magnéticas, esse processo pode ser reduzido a uma única etapa. “É possível colocá-las no minério de cobre para que se grudem ao material, então se aplica um potencial e o cobre se torna, instantaneamente, metálico”.
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| Nanopartículas de ouro com feixe de laser usadas no Laboratório de Química Supremolecular e Nanotecnologia |
O processo é nomeado de “nanohidrometalurgia magnética” e pode, segundo Toma, representar uma economia de milhões. Além disso, a preocupação ambiental também pode influenciar a adoção deste novo método na exploração de minerais. “No futuro, os processos envolvendo a queima de minérios será banida. Hoje buscam-se métodos brandos, em temperatura ambiente, que não poluam e que sejam cíclicos – e esse processo é perfeito”, anima-se.
Utilizando o mesmo método, também é possível facilitar a reciclagem de materiais, como por exemplo, circuitos eletrônicos. “Eles estão cheios de cobre e outros metais. Então é possível funcionalizar a partícula pra atrair cada metal específico e depois retirá-los com um ímã”, declara o professor. Esta pesquisa já foi inclusive patenteada, e o professor busca agora empresas ligadas à metalurgia interessadas em financiar os avanços dos estudos.
Outro trabalho realizado por Toma, ainda em fase de testes laboratoriais, é a incorporação das nanopartículas magnéticas em enzimas, para que, após seu uso, elas possam ser retiradas do produto da biocatálise. “Nos processos biológicos que utilizam enzimas, elas são jogadas fora — não dá pra recuperar ao final. Com as nanopartículas, porém, as enzimas podem ser reutilizadas dezenas de vezes”, conta.
A magnetita não é o único minério estudado por Toma.
O docente já ganhou um prêmio da Petrobrás por uma pesquisa com nanopartículas de prata. “Se nós as colocarmos em um plástico, ela mata todas as bactérias e fungos”, conta o professor, que mantém há três anos um pão dentro de um destes recipientes. “Colocando os alimentos em plásticos protegidos por nanopartículas de prata, eles duram muito mais”.
Além disso, estas nanopartículas podem ser utilizadas para realizar separação de componentes químicos na indústria petrolífera. “Pode-se separar os gases saturados dos insaturados com uma membrana. Os insaturados interagem com as nanopartículas e passam por ela, os saturados, não”, declara o professor, acrescentando que este método é mais limpo e econômico que o atual. “O processo de separação utilizado hoje necessita de uma torre enorme, gasta uma quantidade absurda de energia e polui muito o ambiente”. A pesquisa, realizada em conjunto com a Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), está patenteada pela Petrobrás e encontra-se em fase de testes-piloto.
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| O professor descobriu que, com as conchas, era possível calibrar seu microscópio de mapeamento químico |
Sol e conchas
O professor também pesquisa na área de células solares, utilizando nanopartículas de dióxido de titânio. Com dois pequenos filetes de vidro pintados e colados, o professor criou uma bateria solar que funcionou pelo período de um ano girando um pequeno ventilador. “É uma conversão química de energia. Nós desenvolvemos o corante que capta a luz e injeta os elétrons, as porfirinas modificadas”, conta o professor, que sonha em ter sua pesquisa indo além dos simples testes laboratoriais. Para tanto, submeteu um grande projeto para buscar financiamento de empresas. “Nós queremos transformar todas as janelas em dispositivos de captação de energia. Essa pode ser a energia do futuro”, declara.
Diante de tantas aplicações já consolidadas e do futuro promissor da nanotecnologia, não é de se estranhar o fascínio do professor pela área. Sua empolgação é tamanha que, até mesmo durante as férias, ele passa o tempo no laboratório conduzindo pesquisas de seu próprio interesse, como um hobby.
Umas destas pesquisas envolve conchas de ostras e mariscos. Toma já havia investigado o comportamento do petróleo nas rochas utilizando a formação das conchas, e ficou tão impressionado por esta formação, que resolveu estudá-la em profundidade. Durante as análises, descobriu que, com as conchas, era possível calibrar seu microscópio de mapeamento químico.
“As conchas produzem um espectro muito preciso no equipamento”, conta o professor. Com isso, utilizando conchas ou até mesmo cascas de ovo, é possível realizar o mapeamento de substâncias, algo que já é realizado em seu laboratório. “Colocamos nanopartículas de ouro sobre essas formações. Quando a luz bate nas nanopartículas, ela gera um feixe, e então conseguimos verificar a existência de uma única molécula, o que o torna este o sensor químico mais sensível que existe”, conclui.
Fonte: Agência USP
