Nanobiotecnologia
e Impactos
Ambientais
MSc. Priscyla D. Marcato
IQ-UNICAMP
LABORATÓRIO QUÍMICA BIOLÓGICA
Prof. Nelson Durán (UNICAMP/UMC)
Pesquisadora Associada: Dra. Roseli De Conti (UNICAMP)
Colaboradores: Dra. Giselle Z. Justo (UNICAMP)
Dra. Patricia S. Melo (UNICAMP)
Dra. Carmen Ferreira (UNICAMP)
Dra. Claudia Bincoletto (UMC)
Alunos: Walter Ruggieri (Pos-Doutoramento)
Priscyla D. Marcato (Doutoramento)(UNICAMP)
Zaine Teixeira (Doutoramento)(UNICAMP)
Edelmar Chagas (Mestrando) (UMC)
Ana Carolina Gonzaga (IC) (UNICAMP
Bruna A. G. Melo (IC) (UNICAMP
Jeanifer Caverzan (IC) (UNICAMP)
Leonardo Adami (IC)(UNICAMP)
Márcia C. Marques (IC) (UNICAMP)
O que é NanoBioTecnologia?
“Nano” – Estruturas na escala nanométrica
“Bio” – processos biológicos
“Tecnologia” – Desenvolvimento e produção de
novos materiais
NanoBioTecnologia :está relacionada à
manipulação da matéria ao nível molecular,
visando à criação de novos materiais,
substâncias e produtos aplicada em processos
biológicos.
NANO (anão)
1 nm = 10-9 m
NANOBIOTECNOLOGIA É MULTIDISCIPLINAR
Medicina
Física
Nanotecnologia
Nanobiotecnologia
Química
Engenharias
Informática
Ciências
dos
Materiais
Biologia
Áreas de aplicação da
NanoBioTecnologia
• Médica e Cosmética:
Encapsulamento de ativos (drug delivery)
Descoberta de novos medicamentos
Implantes médicos
• Ambiental:
Biosensores
Prevenção de poluição
Tratamento
Remediação
Nanoestruturas
Dendrímeros
Nanoemulsões
Ciclodextrina
Lipossoma
Nanopartículas
Lipídicas Sólidas
Nanopartículas
Metálicas
Fulerenos
Nanopartículas
Poliméricas
Nanotubo de Carbono
As nanoestruturas podem ser:
• Reativas: quando usadas para tratar problemas já
existentes
• Proativas: Quando são usadas para prevenir
futuros problemas
Implicações do uso das nanoestruturas
Interações dos nanomateriais com o meio ambiente
e possíveis riscos a este meio e ao ser humano
 Qual é a toxicidade destes materiais?
 Através
de qual meio estes materiais penetram
no ambiente?
Quais
são os modos de dispersão destes
materiais no ambiente?
Estes materiais são transformados
no ambiente?
DESTINO AMBIENTAL E BIOLÓGICO,
TRANSPORTE E TRANSFORMAÇÃO
DE NANOMATERIAIS
Natureza das nanopartículas.
Características dos produtos feitos.
Processos de fabricação envolvidos
• Que substâncias são usadas na produção das
nanopartículas?
• Que rejeito é produzido?
• Que acontece quando as
chegam ao ar, solo ou água?
nanopartículas
MACRO X NANO
Abaixo de 100 nm as propriedades físicas e
químicas mudam
Aumento da área superficial = maior reatividade, maior
penetração em células
Alguns materiais deixam de ser inertes em nanoescala
Uses of Nanotechnology in Environmental Technology in Hessen -Innovation potentials for
companies -www.hessen-nanotech.de
• Novas propriedades óticas, elétricas e
magnéticas
Quantum dots
5.5 nm 4.8 nm 4.2 nm 2.3 nm
TOXICOLOGIA DOS
NANOMATERIAS
As nanopartículas podem ser tóxicas pela sua
composição, pelo seu tamanho e pela sua forma.
Partículas de carbono são mais tóxicas do que de TiO2,
nanotubo é mais tóxica do que partículas de quartzo
Partículas menores são mais reativas e, em geral, mais
tóxicas
Renwick et al., 2004
POTENCIAIS BENEFÍCIOS E RISCOS
AMBIENTAIS
International Dialogue on Responsible Research and Development of Nanotechnology .
MERIDIAN INSTITUTE, NSF, P.10
POTENCIAIS BENEFÍCIOS
AMBIENTAIS
• Nanocatalisadores para reduzir a poluição
atmosférica
• Nanosensores para detectar materiais tóxicos
• Dispositivo para sequenciar moléculas simples de
ácido nucleico via nanoporos
• Nanomembranas e argilas
POTENCIAIS BENEFÍCIOS
AMBIENTAIS
• Filtros com nanotubos de carbono
• Nanosensores para a detecção de patógenos e
contaminantes
• Reciclagem de água via polímeros nanoporosos,
particulas magnéticas, etc
99% de tetracloroeteno foi
removido em poucos dias com a
adição de nanopartículas de Fe/Pd
Nano (50 nm) foram 25x mais
eficientes que micro de 10 m
10-100 nm
As partículas podem permear ate 20m de distância pelo solo
e permanecem reativas por 4-8 semanas
Uso de Dendrímeros na remoção de
íon metálicos
Mamadou Diallo, Dendritic Nanomaterials for Environmental Remediation - California Institute of
Technology And Howard University
Uso de Dendrímeros na remoção de
íon metálicos
Scott et al. J. Phys. Chem. B. 2005, 109, 692-704
Uso de Dendrímeros na remoção de
íon metálicos
Facilita o
processo de
ultrafiltração
Diallo et al., Environ. Sci. Technol. 39, 1366-1377 (2005)
Uso de Dendrímeros na remoção de
íon metálicos
Remoção de
íons metálicos
em solo
Xu, Y. and Zhao, D. , Environ. Sci. Technol. 39, 2369-2375 (2005)
Vantagens
• Maior segurança na aplicação
• Liberação sustentada do defensivo agrícola
• Reduz a concentração de defensivo agrícola
aplicado
• Reduz o numero de aplicações
Pré-Gelificação Ionotrópica
Alginato + Ativo
Partículas de
Alginato de Cálcio
com ativo
2Na-Alginato + Ca+2 → Ca-Alginato + 2Na+
POTENCIAIS RISCOS AMBIENTAIS
International Dialogue on Responsible Research and Development of Nanotechnology .
MERIDIAN INSTITUTE, NSF, P.10
Toxicidade de Fulerenos (C60)
Alevino de black bass
(Micropterus salmoides)
Fulerenos sem modificação na
superfície
Oberdörster, E. Environmental Health Perspectives, 112, 1058 (2004)
Toxicidade de Fulerenos (C60)
O
fulereno entrou nos peixes através das
brânquias e se acumulou nas camadas adiposas
por ser lipofílico
 Aumento da Peroxidação Lipídica no cérebro dos
peixes após 48 horas de exposição dos peixes com
0,5 ppm de fulereno e com 1 ppm
O
fulereno apresentou atividade antimicrobiana
deixando a água dos tanques mais cristalina
Toxicidade de Fulerenos (C60)
microcrustáceo Daphnia magna
IC50 =800 ppb
Oberdörster, E. 227th American Chemical Society National Meeting, 27 March–1April 2004 (IEC 21)
Toxicidade de Nanotubo de
Carbono
Paulistinha
(Danio rerio)
A exposição de embriões de paulistinha à
nanotubo de carbono ocasionou uma
diminuição da procriação dos peixes
Nanotechnology: Opportunities and Risks for Humans and the Environment, 2006
Toxicidade de nanopartículas de
Alumínio
Redução do crescimento das raízes de
milho, soja e cenoura
Nanotechnology: Opportunities and Risks for Humans and the Environment, 2006
Nanoestruturas
A atividade
antimicrobiana de muitas
nanoestruturas
(fulerenos, nanotuboS de
carbono, nanopartículas
metálicas) podem
interferir com a
composição da
população microbiana do
solo e da água
Purificador de Ar
Refrigerador
Máquina de lavar
Roupas
Durá et al. - J. Biomed. Nanotecnol. 3(2) 2007.
 Qual é a estabilidade da nanoestrutura?
 Elas se decompõe ou se aglomeram?
 São solúveis em água?
 São degradadas?
 Quais são os sub-produtos gerados da
degradação destas estruturas?
Diminuição da toxicidade
Modificação da superfície das nanoestruturas
Fulereno funcionalizado com
albumina
Em 48h 98% destas partículas são
eliminadas do corpo de um animal
ou de um ser humano através das
fezes e da urina
A diminuição da
toxicidade de nanotubo
de carbono é obtida pela
sua oxidação
Exposição de
trabalhadores
Produção
de Matéria
prima
Exposição de Consumidores
Produção
do produto
Uso do
Produto por
Consumidor
Descarte
do produto
Reciclagem
Emissões Industriais
Aterro
Incineradores
Exposição Populacional Humana e Ecológica
Ineris, JB, Environment Risk Aspects
CUIDADO COM AS PROPAGANDAS!!!
-Desinfetante de banheiro Nano-Mágico
-Produto que foi “recall” depois que
usuários tiveram dificuldades de
respiração
-Mas não era Mágico e não Nano
-Problemas causados pelo gotas de
aerossol e nenhum elemento em
nanoescala
Existe risco que este tipo de
acidente prejudica a confiabilidade
do público em nanotecnologia
A nanobiotecnologia é
uma promissora e atual
tecnologia, mas seus
riscos precisam ser
analisados.
AGRADECIMENTOS
REDE NANOTUB0S
DE CARBONO
e-mail: [email protected]