03/10/2015 07h00 - Atualizado em 03/10/2015 07h00

Veja as pesquisas mais curiosas em nanotecnologia já feitas na atualidade

Raquel Freire
por
Para o TechTudo

A nanotecnologia desperta cada vez mais interesse nas pessoas. Não é para menos: trabalhar em escalas tão ínfimas quanto o átomo e a molécula parece incrível para a maior parte de nós.

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Mas felizmente as pesquisas na área não só são incríveis como estão bem avançadas. Selecionamos dez estudos nanotecnológicos atuais com diversas empregabilidades, que vão desde tratamento do câncer à produção de energia. Confira.

1. Bateria que recarrega em dois minutos

Professor Chen Xiaodong (em pé), líder da pesquisa, e sua equipe (Foto: Divulgação/NTU)Professor Chen Xiaodong (em pé), líder da pesquisa, e sua equipe (Foto: Divulgação/NTU)

Pesquisadores da Universidade Tecnológica de Nanyang (NTU), Cingapura, criaram uma bateria que recupera 70% de sua carga em apenas dois minutos. O segredo está na substituição do grafite, tradicionalmente usado no anodo da bateria, por um gel feito com nanotubos de dióxido de titânio. O dispositivo também é mais durável, com ciclo de 10 mil recargas - muito maior que as atuais 500 - e duração de 20 anos.

A expectativa dos cientistas é de que a invenção revolucione a indústria dos carros elétricos, cujo longo tempo de recarga compromete a implementação em larga escala. Com a nova geração de íon-lítio, prevista para chegar no mercado em aproximadamente dois anos, os veículos poderão ser recarregados 20 vezes mais rápido do que os atuais.

2. Membrana nanotecnológica para filtrar água

Darren Sun e Wong Ann Chai, inventores da membrana nanotecnológica que filtra água (Foto: Divulgação/NTU)Darren Sun e Wong Ann Chai, inventores da membrana nanotecnológica que filtra água (Foto: Divulgação/NTU)

Outra criação da Universidade Tecnológica de Nanyang, feita através da startup Nano Sun, é uma membrana de filtragem de água baseada também na sua patenteada nanotecnologia de dióxido de titânio. As nanopartículas do material matam bactérias e quebram compostos orgânicos com a ajuda da luz solar ou raios ultra-violeta, purificando águas residuais.

A membrana, que é fabricada com impressora 3D, dura duas vezes mais do que as convencionais e filtra a água dez vezes mais rápido. Essas características colocam a invenção como uma potencial ajuda para a crise hídrica global, já que a poluição das águas cresce junto com a população mundial. Os desenvolvedores são os professores Darren Sun, da escola de engenharia civil e ambiental da NTU, e Wong Ann Chai, da escola de negócios.

3. Armaduras nanotecnológicas para proteger soldados

Micrografia óptica da estrutura do composto grafeno (Foto: Divulgação/MIT)Micrografia óptica da estrutura do composto grafeno (Foto: Divulgação/MIT)

O MIT está desenvolvendo uma malha em escalas micro e nano que irá melhorar a proteção dos soldados contra explosões e impactos. O estudo partiu da análise do invólucro proteico do vírus HK97, que consiste em proteínas idênticas e entrelaçadas, ligadas da mesma forma como os hexâmeros (peças com seis partes) ou pentâmeros (cinco partes), formando icosaedros, estruturas de 20 lados muito mais fortes que outras atualmente empregadas.

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O projeto busca reproduzir essa padronagem a partir do carbono composto por grafeno e nanotubos de carbono, que torna a proteção muito mais leve. Apesar das vantagens já conhecidas, a dificuldade na fabricação fez com que os pequisadores Michael Strano, do departamento de engenharia química, e Brian Wardle, do departamento de aeronáutica e astronáutica, encontrassem pouca literatura a respeito.

4. Nanopartículas de gelatina no cérebro

Nanopartículas de gelatina no cérebro (Foto: Divulgação/NNCO)Nanopartículas de gelatina no cérebro (Foto: Divulgação/NNCO)

Elizabeth Sawicki, estudante de medicina e membro do departamento de bioengenharia da Universidade de Illinois, Estados Unidos, desenvolveu nanopartículas de gelatina capazes de transportar com segurança moléculas de medicamentos introduzidas via nasal até o cérebro.

O novo método é indicado para pacientes com AVC, que não precisariam tomar injeções. A imagem, intitulada “nanopartículas de gelatina no cérebro” (tradução livre), ganhou o concurso promovido pelo Escritório de Coordenação Nacional de Nanotecnologia (NNCO, na sigla em inglês) deste ano.

5. Nanorobôs que destroem células cancerígenas

Estrutura da porfirina (Foto: Reprodução/Wikimedia Commons)Estrutura da porfirina (Foto: Reprodução/Wikimedia Commons)

Pesquisadores da Universidade da Califórnia desenvolveram nanorobôs capazes de identificar e combater células cancerígenas. A nanopartícula, que recebeu o nome de nanoporfirina, combina funções diagnóstica e terapêutica, administrando drogas ou radiação apenas no tecido doente, de acordo com programação preliminar.

A presença dos robôs também aumenta a sensibilidade de imagem, facilitando a detecção de tumores. Eles também funcionam como nanotransdutores, convertendo luz em calor para aquecer o tumor nas terapias fototérmicas ou luz em oxigênio singlete para terapia fotodinâmica.

6. Nariz eletrônico com nanopartículas que “cheiram” câncer

Sistema com nanopartículas de ouro sente cheiro de câncer (Foto: Reprodução/ACS)Sistema com nanopartículas de ouro "sente cheiro" de câncer (Foto: Reprodução/ACS)

Cientistas do Instituto de Tecnologia Russell Berrie e do Technion, ambos de Israel, desenvolveram um “nariz eletrônico” que detecta câncer. O dispositivo é baseado em sensores flexíveis de nanopartículas de ouro, que cumprem a função de analisar o ar exalado pelo paciente e identificar a presença de células cancerígenas.

Muito menos invasivo que os métodos tradicionais, o diagnóstico obteve 82% de precisão nos testes, realizado com 43 voluntários. Dezessete deles tinha tumor maligno no ovário, tipo de câncer melhor identificado pelo nariz eletrônico. Os pesquisadores disseram que a invenção ainda precisa ser testada em larga escala para ser aplicada clinicamente.

7. Semicondutor atomicamente fino

Semicondutor atomicamente fino pode substituir silício (Foto: Divulgação/Berkeley Lab)Semicondutor atomicamente fino pode substituir silício (Foto: Divulgação/Berkeley Lab)

O primeiro semicondutor atomicamente fino acaba de ser construído. A invenção, feita por pesquisadores do Departamento de Energia dos EUA (DOE), pertencente ao Berkeley Lab, trata-se de uma folha 2D feita com híbrido orgânico-inorgânico de perovskita, um mineral raro.

“Acreditamos que este é o primeiro exemplo de nanoestruturas atomicamente finas 2D feitas de materiais iônicos”, diz Peidong Yang, um químico do Berkeley Lab e autoridade mundial no assunto.

Suas propriedades eletrônicas o colocam como possível sucessor do silício em futuros dispositivos, graças à fotoluminescência eficiente, capacidade de nivelar cores e a característica única de descontração estrutural, não encontrada em folhas semicondutoras covalentes.

8. Chave de fenda nanométrica

Chave de fenda nanométrica pode criar novas moléculas (Foto: Divulgação/Severin Schneebeli, UVM)Chave de fenda nanométrica pode criar novas moléculas (Foto: Divulgação/Severin Schneebeli, UVM)

Na Universidade de Vermot, Estados Unidos, o químico Severin Schneebeli criou uma chave de fenda nanométrica que lhes permite controlar formas em nanoescala. A invenção permite criar moléculas personalizadas de forma rápida e altamente precisa, o que pode ser usado para fabricar materiais sintéticos complexos, incluindo novos polímeros e medicamentos.

“Esta forma helicoidal é potencialmente super-forte e flexível. Isso pode criar novos materiais, talvez capacetes mais seguros ou materiais para [viagem ao] espaço”, declarou Schneebeli.

9. Motor do tamanho de uma molécula

Motor de escala molecular gira a 1 kHz ao receber luz solar (Foto: Reprodução/LMU)Motor de escala molecular gira a 1 kHz ao receber luz solar (Foto: Reprodução/LMU)

Se você ficou surpreso com uma chave de fenda tão pequena, saiba que já construíram até motores em escala molecular. Eles giram em unidirecionalmente, a até 1 kHz, quando expostos à luz solar em temperatura ambiente.

Esse tipo de motor é essencial para construção de nanomáquinas úteis. Outros sistemas similares já haviam sido criados, mas até então eles eram movidos à raio ultra-violeta, que danificava as máquinas de forma geral. Já o nanomotor desenvolvido na Universidade de Munique Ludwig-Maximilians (LMU), Alemanha, abre novas possibilidades no campo da nanoengenharia ao usar luz visível.

“O objetivo a longo prazo neste campo é a miniaturização de máquinas de trabalho até a faixa de tamanho de moléculas orgânicas. Tais nanomáquinas iria proporcionar uma precisão sem precedentes na transformação ou modificação da matéria em escala molecular”, garante Henry Dube, professor do departamento de química da LMU.

10. Antena com nanotubos transforma luz em eletricidade

Primeira rectenna óptica transforma luz em eletricidade (Foto: Divulgação/Thomas Bougher, Georgia Tech)Primeira "rectenna" óptica transforma luz em eletricidade (Foto: Divulgação/Thomas Bougher, Georgia Tech)

Outro exemplo de dispositivo nanotecnológico que converte luz em energia está na “rectenna”, combinação de retificador e antena, a primeira do tipo óptica. Desenvolvida no Instituto de Tecnologia da Geórgia, Estados Unidos, a “rectenna” usa múltiplas camadas de nanotubos de carbono e minúsculos retificadores especialmente fabricados para essas estruturas.

As aplicações práticas abrangem o uso em fotodetectores, que poderiam operar sem necessidade de refrigeração; colheitadeiras, que poderiam converter o calor em eletricidade e usar a corrente para a própria locomoção; e, claro, para otimizar a captura de energia solar, atualmente cara.

Os pesquisadores, que tiveram seu estudo publicado na Nature mês passado, acreditam que uma rectenna com potencial comercial pode estar disponível dentro de um ano. “Nós poderíamos, finalmente, fazer células solares duas vezes mais eficientes, a um custo dez vezes menor”, disse Baratunde Cola, professor associado do instituto.

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