Bionanotecnologia: Princípios, Métodos, Aplicações e Perspectivas
Mini-Curso (12 horas)
Prof. Dr. Frank Nelson Crespilho
Grupo de Pesquisa em Materiais e Métodos Avançados – GMAv
Centro de Ciências Naturais e Humanas - CCNH
Universidade Federal do ABC – UFABC
www.crespilho.com
Ementa do Curso
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Princípios em Nanociências e fundamentos teóricos
Síntese de nanomateriais (top-down e bottom-up design)
Principais técnicas de caracterização
Bionanotecnologia: Biologia à nanoescala
Fenômenos físicos e químicos em bionanoestruturas
Recentes Aplicações:
• Drogas inteligentes (drug delivery)
• Biossensores e células a combustível biológicas
• Combate ao câncer
• Soldados biônicos e bioterrorismo
• Human Enhancement Technologies (HET)
7. Nanomedicina
8. Perspectivas do mercado de trabalho em Bionanotecnologia no Brasil.
9. Aspectos éticos
Bibliografia
1. BioMEMS and Biomedical Nanotechnology. VI: Biomedical & Biological
Nanotechnology. V2: Micro/Nano Technology for Genomics and Proteomics. V3:
Therapeutic Micro/Nanotechnology. V4: Biomolecular Sensing, Processing and Analysis.
Editor: Ferrari, Mauro. Springer, 2007.
2. Bionanotechnology: Global Prospects. Editor: David E. Reisner. CRC Press, 2007.
3. Nanotechnology in Biology and Medicine: Methods, Devices, and Applications. Editor:
Tuan, Vo-Dinh. CRC Press, 2008.
4. Introduction to Nanoscience and Nanotechnology. Editor: Gabor L. Hornyak; H.F.
Tibbals; Joydeep Dutta; John J. Moore. CRC Press, 2008.
5. Nanotechnology. Gregory Timp, Springer, 1998.
1. Contextualização
A Nanociência envolve a manipulação desde sistemas atômicos (dimensões menores do que
1,0 nm) à supermoléculas e materiais estruturados (dezenas de nanômetros). Alguns vírus têm de 10
a 100 nm, enquanto que as células variam em suas dimensões, podendo chegar as dezenas de
micrômetros. Estudar os efeitos e aplicabilidade de sistemas biológicos conjugados com
nanoestruturas exige um esforço interdisciplinar entre várias áreas da ciência, que estão interagindo
entre si numa revolução sem precedentes. Desta forma, destacam-se os tópicos modernos em
eletrônica molecular, química supramolecular e dinâmica constitucional, métodos e técnicas para
caracterização de bionanomateriais, construção de sistemas imunológicos artificiais, computação
quântica, nanomedicina e nanotoxicologia. De fato, o limite entre a ficção e a realidade gera
discussões, como no caso de máquinas que se auto-replicam, drogas inteligentes (drug delivery) no
combate ao câncer e, mais recentemente, os temidos “soldados biônicos”. Aliás, os EUA têm
focado a Bionanotecnologia com vertentes militares, enquanto que na Europa as pesquisas vêm
sendo conduzidas para os chamados Human Enhancement Technologies (HET), onde estão focados
a medicina regenerativa e o combate às doenças, para se atingir o “aprimoramento humano”.
Assim, algumas perguntas ainda são pertinentes: Qual o limite entre a biotecnologia e a
nanociência? Onde se insere o Químico neste contexto? No Brasil, qual a aplicabilidade da
Bionanotecnologia? Quais os conceitos envolvidos nesta área da ciência? Diante disso, este curso
tem como objetivo propiciar o entendimento dos mecanismos básicos utilizados em
Bionanotecnologia, bem como vislumbrar diferentes métodos de aplicação. Também, busca-se
possibilitar aos alunos de graduação e pós-graduação a compreensão e a aplicação dos
procedimentos experimentais envolvendo nanoestruturas, assim como compreender os fenômenos
físicos e químicos que ocorrem nas bionanoestruturas.
2. Público-alvo: Pesquisadores, alunos de graduação e pós-graduação
3. Tópicos Abordados
1) Princípio em Nanociências. Definição Nanociência e áreas de aplicação, nanoquímica,
grafenos, fulerenos e nanotubos de carbono. Princípios de confinamento quântico, propriedades
termodinâmicas em nanoescala, química das ligações e propriedades eletrônicas e estruturais;
transporte; dispositivos moleculares. 2) Síntese de nanomateriais (top-down e bottom-up design).
Fios quânticos e pontos quânticos, autoorganização molecular e sistemas supramoleculares,
nanopartículas magnéticas, métodos consagrados em síntese de nanomateriais: precipitação,
hidrotermal, sol-gel, método de Pechini, redução química assistida, eletro-síntese, vaporização e etc.
Estruturas 2D: filmes nanoestruturados (LB, LbL e etc.). Nanomanipulação e single devices. 3)
Técnicas de caracterização. Difração e absorção de Raio-X, EDS, EDX, TEM, HRTEM, SEM,
FEG, AFM, STM, UV-VIS, FTIR, Voltametria e Cronoamperometria. 4) Bionanotecnologia.
Biologia
à
nanoescala;
motores
moleculares,
biossensores,
MEMS,
biomoléculas
em
nanotecnologia, funcionalização de superfícies, self-assembling, biopolimerização, nanoestruturas
baseadas em DNA, biomimetização, nanoestruturas baseadas em proteínas. Aplicação biológica e
em nanomedicina, detecção e caracterização de biomoléculas, DNA e RNA, drug delivery, devices
e single-devices, biocompatibilidade, toxicologia. 5) Aspectos éticos. 6) Perspectivas do mercado
de trabalho em Bionanotecnologia no Brasil.
Frank N. Crespilho
Químico e Doutor em Físico-Química pela Universidade de São Paulo
(2007), com Doutorado Sanduíche em Portugal (2005-2006) na Universidade
de Coimbra e Pós-doutorado (2007-2008) em Física da Matéria Condensada
no Instituto de Física de São Carlos, USP. Atualmente é Professor Adjunto da
Universidade Federal do ABC e líder/fundador do Grupo de Materiais e
Métodos Avançados (GMAv), criado em 2008. Na UFABC leciona as
disciplinas de graduação Transformações Químicas, Bioquímica e Eletroquímica, enquanto que na
pós-graduação ministra a disciplina Nanociências e Nanotecnologia. Possui cerca de 30 artigos
publicados em revistas especializadas, mais de 50 trabalhos publicados em anais de congressos e 4
patentes registradas, 2 capítulos de livro e 1 livro. E revisor de mais de 10 periódicos científicos e
recebeu vários prêmios, títulos e distinções, o mais recente "The Electrochimica Acta Travel Award
for Young Electrochemists 2009", outorgado pela Elsevier e Sociedade Internacional de
Eletroquímica (ISE). É membro da rede Avanços, Benefícios e Riscos da Nanobiotecnologia
Aplicada à Saúde / CAPES e do Instituto Nacional de Eletrônica Orgânica / MCT. Sua linha de
pesquisa envolve a compreensão de fenômenos biomoleculares em sistemas de baixa
dimensionalidade, atuando nos seguintes temas: Síntese e Caracterização de Materiais
Nanoestruturados,
Automontagem,
Interação
entre
Biomoléculas
e
Nanoestruturas,
Bioeletroquímica e Eletroquímica de Sistemas Nanoestrurados. Orienta alunos de iniciação
científica e pós-graduação (Mestrado e Doutorado) nos programas de Pós-Graduação em
Nanociências e Materiais Avançados e Pós-Graduação em Tecnologia / Química.