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Em parceria com a L’Óreal, Inmetro sedia treinamento em métodos alternativos

por jornalismo-analytica
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O Inmetro sediou um treinamento em Métodos Alternativos ao Uso de Animais em laboratórios, em parceria com a empresa Epskin Academy, do grupo L’Óreal, no último dia 7 de fevereiro.  A iniciativa faz parte de uma série de capacitações no âmbito da Rede Nacional de Métodos Alternativos ao Uso de Animais (RENAMA) e da plataforma de mesmo propósito no Mercosul, a PReMASUL.

Ao todo, 18 profissionais de todo o Brasil foram selecionados para o treinamento, muitos lotados em empresas e laboratórios prestadores de serviço que já lidam com tecnologias in vitro para avaliação de substâncias químicas. O curso abordou a utilização de córnea humana reconstituída (SkinEthicTM HCE) para atender a metodologia (TG 492) da Organização para a Cooperação e Desenvolvimento Econômico (OCDE).

“Agradeço o Inmetro pela parceria de mais de três anos e por disponibilizar para esse evento uma ótima estrutura de laboratórios e o suporte de sua equipe. No Brasil, temos a sorte de ter esse canal com um instituto federal como o Inmetro, já alinhado à Indústria, regulação, etc.”, diz Christian Pellevoisin, diretor Científico da Epskin Internacional.

O CEO da Epskin Brasil, Rodrigo De Vecchio, ressaltou ainda a simbologia do evento acontecer dentro do Inmetro, “uma Instituição que é referência em confiança e tecnologia”. Falando em Tecnologia, o diretor da área do Inmetro, Raphael Machado, foi um dos convidados para a entrega dos certificados aos alunos, representando também o diretor de Metrologia Científica, Valnei Cunha. Machado pontuou a importância da interação cada vez maior com o setor produtivo, em matérias que gerem “mercado, crescimento e renda”.

Luciene Ballotin, pesquisadora do Inmetro, coordenadora da PReMASUL e representante do Inmetro na RENAMA, avaliou positivamente  o evento, previsto para ser repetido em 2021: “Este é um exemplo de parceria exitosa entre o setor público e privado. Esta ação conjunta com a Episkin permitiu o treinamento em uma metodologia nova ainda no Brasil, mas que será exigida a partir de 2021 para avaliar a segurança de substâncias químicas quanto ao potencial de irritação ocular”.

 

Com informações de Inmetro.

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Brasil possui segunda maior base de dados de produtos naturais

por jornalismo-analytica
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Um banco de dados com informações detalhadas sobre mais de 54 mil compostos oriundos da biodiversidade brasileira foi criado por meio de uma colaboração entre o Instituto de Química da Universidade Estadual Paulista (IQ-Unesp) em Araraquara e o Chemical Abstracts Service (CAS) –divisão da Sociedade Americana de Química.

O processo de sistematização das informações acaba de ser concluído e o Brasil passa a ser detentor da segunda maior base de dados sobre produtos naturais do mundo, atrás apenas da China.

Disponível em plataforma online e gratuita, o repositório reúne informações sobre ocorrência, estrutura química, dados analíticos e química medicinal, além de contar com uma relação de artigos publicados sobre cada elemento. Dessa forma, a coleção permite que cientistas da academia e da indústria pesquisem, analisem e comparem a química de compostos bioativos naturais, facilitando o estudo e a criação de novos produtos químicos ou medicinais.

“O acesso amplo e aberto da comunidade científica ao banco de dados é essencial para que a ciência e a tecnologia avancem no país. A sistematização das informações traz maior eficiência à pesquisa, pois evita a repetição de estudos e facilita a formulação de novas hipóteses com base em descobertas anteriores. Com a coleção, fica mais fácil identificar alvos ainda não bem estudados”, disse  Vanderlan Bolzani, professora titular do IQ-Unesp, membro da coordenação do Programa Biota-Fapesp e do Conselho Superior da Fapesp.

Bolzani ressalta que, em razão de sua rica biodiversidade, o país conta com enorme potencial para a produção de conhecimento e de produtos com valor agregado – incluindo medicamentos naturais ou derivados, suplementos alimentares, cosméticos e materiais para controle de pragas e parasitas agrícolas.

“O Brasil reúne aproximadamente 20% de todas as espécies do planeta. Esse banco de dados é estratégico para ampliar nosso conhecimento sobre a biodiversidade brasileira”, disse Bolzani.

A compilação de informações de produtos naturais vem sendo feita há seis anos pela pesquisadora  Marilia Valli, sob a supervisão de Bolzani, que também é coordenadora do Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia em Biodiversidade e Produtos Naturais (INCT-BioNat) e vice-coordenadora do Centro de Inovação em Biodiversidade e Fármacos, (CIBFar), um dos CEPIDs da Fapesp.

O banco de dados do Núcleo de Bioensaios, Biossíntese e Ecofisiologia de Produtos Naturais (NuBBE Database) foi criado por meio da colaboração entre o núcleo da Unesp e o Laboratório de Química Medicinal e Computacional (LQMC), liderado por  Adriano D. Andricopulo , do Instituto de Física de São Carlos da Universidade de São Paulo (IFSC-USP).

Desde o ano passado, a diretora do CAS Brasil,  Denise Ferreira , vem atuando no acordo de colaboração CAS-EUA, dando impulso ao projeto para a criação do banco de dados de produtos da biodiversidade brasileira. A divisão da Sociedade Americana de Química possui uma equipe ampla e com experiência técnica na curadoria de informações, verificação e mineração de dados.

A iniciativa reuniu informações contidas em mais de 30 mil artigos publicados em revistas científicas, chegando a 51.973 compostos de plantas nativas do Brasil. Somam-se a esses compostos outros 2.219 que vêm sendo sistematizados no banco de dados do NuBBE Database, da Unesp. Ao todo são 54.192 compostos na coleção.

A equipe do CAS fez a seleção das informações, a ligação com a fonte de referência bibliográfica, a identificação das moléculas e a preparação de arquivos de transferência de dados para a incorporação ao NuBBE Database.

Essa foi a primeira vez que o CAS realizou o licenciamento (doação) para uma base como a do NuBBE, que é de acesso público. Geralmente, a entidade cobra pelo acesso aos seus dados.

De acordo com Ferreira, o acordo inédito foi uma forma de apoiar a ciência brasileira após a destruição do Museu Nacional no Rio de Janeiro por um incêndio, em 2018 (leia mais em: agencia.fapesp.br/31815).

Com informações de Unesp Notícias.

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Novo método pode tornar produção de plásticos mais sustentável a partir do bagaço de cana

por jornalismo-analytica
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O carbono é um elemento químico fundamental para a produção de diversos produtos, como cosméticos, plásticos e medicamentos. Normalmente, ele é obtido a partir do petróleo, fonte não renovável e que leva milhares de anos para se formar. Pensando em uma solução para obter moléculas de carbono de forma simples, sustentável e com menor risco ao meio ambiente, o professor Antonio Burtoloso, do Instituto de Química de São Carlos (IQSC) da USP, criou uma técnica inédita que permite a construção de moléculas de interesse industrial por meio do aproveitamento do bagaço da cana-de-açúcar.

Empregando algumas reações químicas, o pesquisador chegou a um composto que possui dez átomos de carbono (C10) e que tem potencial para ser utilizado na fabricação de plásticos. Isso foi possível depois que ele conseguiu juntar duas moléculas da valerolactona – líquido incolor obtido a partir do bagaço da cana. Cada molécula da substância possui cinco átomos de carbono. “Utilizamos transformações simples e fáceis de serem reproduzidas, que podem ser aplicadas de forma rápida, robusta e com baixo custo”, explica o docente. Segundo o especialista, o procedimento para a criação do C10 leva apenas um dia.

Atualmente a busca por fontes renováveis de carbono tem sido intensificada por pesquisadores de vários países, e a biomassa – todo material vindo de fonte natural – surge como um dos alvos favoritos dos cientistas. O professor da USP explica que, apesar de o petróleo também ser proveniente de uma fonte natural, o fóssil, ele não é renovável. Já a cana-de-açúcar, por exemplo, é plantada em abundância anualmente e possui em seu bagaço um enorme potencial de reaproveitamento.

De acordo com o estudo divulgado em 2017 pelo Instituto de Economia Agrícola (IEA), o Brasil gerou cerca de 166 milhões de toneladas de bagaço na safra 2015/16. Parte dessa produção acaba sendo descartada e é justamente nesse ponto que o docente pretende atuar: “Não precisamos plantar cana-de-açúcar exclusivamente para colher o bagaço. A ideia é aproveitar parte desse resíduo que acaba virando lixo como insumo para a nossa técnica”, afirma o docente, que coordena o Grupo de Síntese Orgânica do IQSC.

Essa área de pesquisa envolve, resumidamente, a construção de moléculas complexas e com maior valor agregado a partir de moléculas mais simples, que podem ser compradas no mercado. A possibilidade de desenvolver moléculas no laboratório contribui para a preservação ambiental, pois, em alguns casos, a extração de determinada substância da natureza gera grandes prejuízos aos recursos naturais, não compensando sua retirada. Um exemplo é o taxol, molécula orgânica que pode ser extraída do casco da árvore Taxus brevifolia para o tratamento de câncer. A cada árvore derrubada, que leva pelo menos 100 anos para chegar a sua fase adulta, poderiam ser produzidos poucos comprimidos de taxol, os quais não seriam suficientes para tratar sequer uma única pessoa.

Futuro verde

Além de ser um processo que gera mais riscos à natureza, a obtenção de carbono a partir do petróleo não é um procedimento que terá vida eterna. “Estamos pensando lá na frente, daqui a algumas gerações. Um dia o petróleo irá acabar. Como iremos fazer os produtos? Novos métodos precisam aparecer”, alerta Burtoloso.

De acordo com o docente, a técnica desenvolvida no IQSC apresenta grande potencial de escalabilidade na indústria. Além disso, ele aponta que há um direcionamento dentro das empresas para o desenvolvimento de compostos mais sustentáveis. Ele afirma, inclusive, que vários países estipularam como meta, daqui a algumas décadas, a substituição de 20% a 30% do carbono proveniente do petróleo por fontes consideradas “verdes”.

Esse tipo de ação também poderá atrair os olhares dos consumidores que, muitas vezes, optam por adquirir uma mercadoria fabricada de forma sustentável. “Se as propriedades dos produtos que serão produzidos com a nossa técnica forem similares às existentes no mercado, o cliente faria a compra com a consciência muito mais tranquila. Ele estaria usando algo que foi desenvolvido sem acarretar danos ao meio ambiente”, explica o professor.

Os resultados obtidos no trabalho foram descritos no artigo científico Synthesis of long-chain polyols from the Claisen condensation of γ-valerolactone, publicado na Green Chemistry, revista britânica de alto impacto mundial na área de química verde. “É uma revista de grande prestígio, e fomos muito bem avaliados pelos revisores. Ficamos felizes com o reconhecimento”, comemora o cientista.

Agora, os pesquisadores esperam aprimorar a técnica desenvolvida de forma que todo o processo fique ainda mais simples e barato. O grupo está aberto a firmar parcerias com a indústria visando à realização dos testes necessários para disponibilizar o novo método à sociedade. O trabalho contou com a colaboração da aluna de doutorado do IQSC Camila Santos, além de pesquisadores do Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM).

Henrique Fontes / Assessoria de Comunicação do IQSC

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Pesquisa da Unesp abre luz sobre a possibilidade da produção de etanol e metanol a partir da água de petróleo

por jornalismo-analytica
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A possibilidade de se produzir metanol a partir da água de petróleo foi uma consequência do estudo que embasou a tese de doutorado defendida na Unesp pela pesquisadora Juliana Ferreira de Brito, intitulado ‘Sistemas Fotoeletrocatalíticos Baseados em Eletrodos de Ti/TiO2-CuO, NtTiO2-NsCuO, NtTiO2-ZrO2 e GDL-Cu2O Aplicados de Forma Isolada e Concomitantemente à Oxidação da Água, Redução de CO² Dissolvido e Oxidação de Compostos Orgânicos da Água Residual de Petróleo’, cuja a orientadora foi a professora Maria Valnice Boldrin, do Instituto de Química da Unesp em Araraquara.

O foco da pesquisa, uma das reconhecidas em 2019 no Prêmio Unesp de Teses, foi desenvolver um processo onde fosse possível tratar o resíduo da água de petróleo e reduzir o dióxido de carbono (CO2) gerado neste processo obtendo metanol e etanol como produtos. A ideia era conseguir gerar energia a partir de um resíduo sem gerar mais contaminantes para a atmosfera (como por exemplo o CO2).

“O tratamento da água de petróleo por si só geraria gás carbônico, que é um dos responsáveis pelo aquecimento global, por isso, a importância de se realizar a redução do CO2 junto ao tratamento da água de petróleo. Em nossa pesquisa, para não agravar essa questão, construímos um único dispositivo para realizar a redução fotoeletrocatalítica do dióxido de carbono (CO2) e obter compostos orgânicos enérgicos, como metanol e etanol. Ambos os processos foram realizados simultaneamente pela primeira vez e com sucesso. Foram desenvolvidos os eletrodos que poderiam ser usados em ambos os casos, um reator teste foi montado por mim e as condições de reação foram estabelecidas”, explica Juliana Ferreira de Brito.

O reator foi desenvolvido depois de trabalhar com um grupo de pesquisa na Itália, por meio da Bolsa de Estágio de Pesquisa no Exterior (BEPE) da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP). Esse grupo estuda a oxidação da água e a geração de hidrogênio em um sistema de dois compartimentos. Durante cinco meses, trabalhou com a oxidação da água para produzir hidrogênio e também com redução do CO2, usando diferentes reatores. Quando voltou ao Brasil adaptou o que tinha utilizado na Itália para conseguir realizar o tratamento do resíduo e a redução de CO2 com geração de metanol e etanol em reações concomitantes.

O nome técnico da água de petróleo, segundo definição da Agência Nacional do Petróleo, é água de processo ou de produção ou água produzida que é aquela injetada no reservatório de petróleo com o objetivo de forçar a saída do óleo da rocha.

Os experimentos realizados durante o doutorado da pesquisadora conseguiu tratar 70% do contaminante mais resistente encontrado na composição da água de petróleo, um composto aromático conhecido como álcool benzílico, além de reduzir o dióxido de carbono (CO2). Dessa forma, para cada 100 litros de água de petróleo, 70 são tratáveis e podem gerar 20 litros de metanol e 1,3 litro de etanol.

Para se entender o potencial de aplicação dessa pesquisa, a estimativa é que a produção diária de água de petróleo supere os 40 bilhões de litros, o suficiente para encher 40 milhões de caixas d’água de mil litros cada uma. Essa avaliação foi publicada em 2009, no Journal of Hazardous Materials, sob o título ‘Review of Technologies for oil and gas produced water treatment’, cujos autores são FAKHRU’L-RAZI, A.; ALIREZA, P.; LUQMAN, C.A.; DAYANG, R.A.B; SAYED, S.M.; ZURINA, Z.A, pp. 530-551. Com esse parâmetro, seria possível tratar 28 bilhões de litros diariamente e gerar 8 bilhões de litros de metanol e 50 milhões litros de etanol.

Os ensaios foram feitos em um reator com dois eletrodos (um para oxidar o resíduo e outro para destruir a molécula de dióxido de carbono – CO2) que foram unidos por uma membrana que deixa passar as partículas subatômicas de carga positiva (prótons gerados devido a degradação do resíduo) para outro compartimento onde reagem com o CO2 para a formação de metanol e etanol. O processo ocorre por meio da energia de uma lâmpada de mercúrio e da energia de um potenciostato, por meio do qual é aplicada uma voltagem determinada para os eletrodos funcionarem.

“Tratar resíduos desta forma faria com que o custo do tratamento, hoje não atrativo, fosse reduzido devido aos novos compostos de alto valor agregado gerados durante o processo, como metanol e etanol. Assim, talvez, fosse reduzido o impacto ambiental que causamos com a produção de petróleo”, analisa Juliana Ferreira de Brito.

Esse trabalho de doutorado recebeu menção honrosa no Prêmio Unesp de Teses de 2019, cujo resultado foi divulgado em dezembro. “Para mim, é revigorante receber um reconhecimento como este porque vivemos em uma época em que parcelas da sociedade e até uma pequena parte da comunidade acadêmica colocam em dúvida o trabalho de pesquisa realizado em programas de mestrado e doutorado. A menção honrosa que recebi foi o reconhecimento de todo o esforço, dedicação e amor investidos ao longo dos anos de pós-graduação”, expressa a pesquisadora, que aprofunda a investigação no pós-doutorado que realiza no laboratório Interdisciplinar de Eletroquímica e Cerâmica do Departamento de Química da UFSCar (Universidade Federal de São Carlos). No entanto, está afastada temporariamente da pesquisa para cuidar do seu mais novo projeto, o filho que nasceu no fim do ano passado.

“Eu amo a pesquisa, pretendo continuar trabalhando com ela o resto da vida, mas quero também ajudar na formação de novos pesquisadores. Consegui aprovar, recentemente, a minha primeira bolsa para um aluno oficialmente meu de iniciação científica. Espero que esta seja a primeira de muitas bolsas, não apenas de iniciação, mas também de mestrado e doutorado”, orgulha-se a cientista.

Esquerda para a direita: professores Tremiliosi Filho (USP), Marcelo Orlandi (Unesp), pesquisadora Juliana Ferreira de Brito, e professoras Maria Valnice Boldrin (orientadora), Lúcia Mascaro (UFSCar) e Michelle Brugnera (UFMT) na defesa da tese de Juliana. (Imagem: Arquivo Pessoal)

 

Com informações de Unesp Notícias.

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Nova força fundamental que atua em fluidos é descoberta

por jornalismo-analytica
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Uma equipe de matemáticos da Universidade da Carolina do Norte e da Universidade Brown, nos Estados Unidos, descobriu um novo fenômeno que gera uma força fluídica capaz de mover e ligar partículas imersas em fluidos com diferentes camadas de densidade. A descoberta oferece uma alternativa às ideias atuais sobre como as partículas se acumulam em lagos e oceanos, além de poder levar a aplicações como a melhor localização de pontos biológicos importantes, melhorias na limpeza do meio-ambiente e até nos processos industriais de triagem e embalagem.

O modo como a matéria se assenta e se junta sob a gravitação em sistemas fluidos, como lagos e oceanos, é uma área ampla e importante de estudo científico, com várias implicações para a humanidade e para o planeta. Considere, por exemplo, a “neve marinha” — chuva de matéria orgânica que cai constantemente das águas superiores do mar em direção ao oceano profundo. A neve marinha rica em nutrientes não só é essencial para a cadeia alimentar global, como também suas acumulações no fundo do oceano representam o maior sumidouro de carbono da Terra e um dos componentes menos compreendidos do ciclo global do carbono. Além disso, há também a crescente preocupação com o acúmulo de microplásticos nos giros oceânicos.

O acúmulo de partículas nos oceanos é entendido, no geral, como o resultado de colisões e adesões. Mas existe um fenômeno completamente diferente e inesperado em colunas de água, de acordo com um artigo publicado em 20 de dezembro na revista Nature Communications por uma equipe liderada pelos professores Richard McLaughlin e Roberto Camassa, do Centro de Matemática Aplicada Interdisciplinar da Universidade da Carolina do Norte.

No artigo, os pesquisadores demonstram que partículas suspensas em fluidos com diferentes camadas de densidade (como água do mar e suas várias camadas de salinidade), exibem dois comportamentos não conhecidos anteriormente. Primeiro, as partículas se auto-organizam sem atração eletrostática ou magnética ou, no caso de microrganismos, sem dispositivos de propulsão, como flagelos ou cílios batendo. Segundo, elas se aglomeram sem a necessidade de adesão ou outras forças de união. Quanto maior o aglomerado, mais forte a força atrativa.

Assim como muitas outras descobertas, essa começou acidentalmente há alguns anos, durante uma demonstração para visitantes do Laboratório Conjunto de Matemática Aplicada e Ciências Marinhas, administrado por Camassa e McLaughlin. A dupla, há muito tempo fascinada por fluidos estratificados, pretendia mostrar um truque conhecido — como esferas despejadas em um tanque de água salgada “saltam” em direção ao fundo do recipiente, desde que o fluido seja estratificado uniformemente por densidade. Mas o estudante de pós-graduação responsável pelo experimento cometeu um erro ao configurar a densidade do fluido inferior. As esferas afundaram até e depois ficaram lá, submersas mas sem atingir o fundo.

“E então eu tomei o que acabou sendo uma boa decisão: não limpei a bagunça na hora”, diz McLaughlin. “Vá para casa”, ele disse ao estudante, “nós resolvemos isso mais tarde.” Na manhã seguinte, as bolas ainda estavam suspensas no líquido, mas haviam começado a se agrupar sem motivo aparente.

Os pesquisadores eventualmente descobriram o motivo, embora tenham levado mais de dois anos de estudos experimentais e muita matemática.

Você pode ver o fenômeno em ação em um vídeo produzido pelos pesquisadores (no começo deste texto). Micropérolas de plástico jogadas em um recipiente de água salgada misturada com água doce (que é menos densa) são puxadas para baixo pela força da gravidade e empurradas para cima pela flutuabilidade. Enquanto ficam suspensas, a interação entre flutuabilidade e difusão — que age para equilibrar o gradiente de concentração do sal — cria fluxos ao redor das microesferas, fazendo com que elas se movam lentamente. Em vez de se moverem aleatoriamente, eles se juntam, resolvendo seus próprios problemas. À medida que os aglomerados crescem, a força aumenta.

“É quase como se tivéssemos descoberto realmente uma nova força”, diz Camassa.

A descoberta desse mecanismo teórico anteriormente desconhecido abre portas para o entendimento da organização  da matéria no ambiente. Em corpos d’água altamente estratificados, como em estuários e no oceano profundo, a capacidade de entender matematicamente o fenômeno pode permitir que os cientistas modelem e prevejam a localização de pontos biológicos, como áreas de alimentação para peixes comerciais ou de espécies ameaçadas. O poder do fenômeno também pode levar a maneiras melhores de localizar microplásticos no oceano, ou mesmo petróleo em casos de derramamentos de óleo no fundo do mar. Ou, em uma versão em escala industrial do experimento do Laboratório de Fluidos, o mecanismo pode ser usado para classificar materiais de diferentes densidades, como, por exemplo, cores diferentes de vidro reciclável triturado.

“Trabalhamos há anos com sistemas estratificados, normalmente observando como as coisas passam por eles”, diz McLaughlin. “Esta é uma das coisas mais emocionantes que encontrei na minha carreira.”

Com informações de SciAm.

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Estudo brasileiro investiga transição que leva mudança de comportamento de material de supercondutor a isolante

por jornalismo-analytica
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Transições de fase clássicas ocorrem quando determinados parâmetros, como a temperatura ou a pressão, variam. Os exemplos mais conhecidos são as transições de fase da água, passando do estado sólido para o líquido e do líquido para o gasoso, com a elevação da temperatura. Já as transições de fase quânticas ocorrem sem a variação desses parâmetros. Ao contrário, as mais notáveis acontecem em temperaturas estáveis extremamente baixas, próximas do zero absoluto, em patamares da ordem do nanokelvin ou até do picokelvin.

Um estudo, realizado na Universidade Estadual Paulista (Unesp), no campus de Araraquara, investigou uma transição específica na qual o material muda radicalmente de comportamento em relação à condutividade elétrica, passando de superfluido ou supercondutor a isolante.

Artigo a respeito, assinado por Guilherme Arantes Canella e sua orientadora, Vivian Vanessa França, foi publicado em Scientific Reports: “Superfluid-Insulator Transition unambiguously detected by entanglement in one-dimensional disordered superfluids”.

O estudo “Teoria do funcional da densidade e aplicações em sólidos e átomos frios”, conduzido por França, recebeu auxílio da FAPESP por meio do programa Apoio a Jovens Pesquisadores.

“A transição foi possibilitada por meio de desordem, isto é, da inclusão de impurezas no material ou de modificações aleatórias no espaçamento entre os átomos”, disse França à Agência FAPESP.

O aumento da desordem e o monitoramento das respostas do material foram feitos por meio de simulação computacional. Vale lembrar que os estudos na área se dão tanto no âmbito da ciência básica, para o entendimento dos processos físicos envolvidos, quanto, mais até, no âmbito da ciência aplicada, para tirar proveito prático dessas transições para a criação de novas tecnologias.

“Projetamos cadeias unidimensionais, às quais fomos acrescentando desordem. O primeiro passo foi vencer um grande desafio computacional. Porque a desordem não pode ser acrescentada a um sítio específico. Caso isso acontecesse, ela não seria aleatória. É preciso simular muitas configurações possíveis e fazer a média, o que exige uma grande quantidade de cálculos bastante complexos. O método que possibilitou superar esse desafio computacional foi a Teoria do Funcional de Densidade”, afirmou a pesquisadora.

A Teoria do Funcional de Densidade (DFT, do inglês Density Functional Theory), é um modelo simplificado, derivado da mecânica quântica, utilizado em física dos sólidos e em química teórica para resolver sistemas de muitos corpos (leia mais sobre a DFT em reportagem publicada na Agência FAPESP).

“Mesmo com o uso da DFT, foram necessários cerca de 70 dias de processamento computacional para gerar os pontos que apresentamos no artigo. Por meio de cálculos exatos, que são possíveis, porém muito mais demorados e custosos, precisaríamos de 115 anos”, comentou França.

A pesquisadora informou que ela e Canella, seu orientando de doutorado, trabalharam com um material genérico, mas sujeito a algumas considerações. “Simulamos sistemas praticamente unidimensionais, como nanofios, constituídos por férmions, e exploramos todos os possíveis parâmetros, para investigar a transição de fase superfluido-isolante”, disse.

 

Modelo Padrão

 

Cabe abrir aqui um pequeno parêntese. No chamado Modelo Padrão, todas as partículas são férmions ou bósons. Férmions são partículas com spin semi-inteiro, que obedecem à estatística de Fermi-Dirac. Por exemplo, o próton, o elétron e o próprio átomo. Bósons são partículas com spin inteiro, que obedecem à estatística de Bose-Einstein. Por exemplo, o fóton. Nas extensões do Modelo Padrão que incluem supersimetria, para cada férmion adiciona-se um bóson como parceiro e vice-versa.

No estudo em pauta, a interação entre os férmions é descrita pelo modelo de Hubbard unidimensional. “O que encontramos foi que a transição pode ser obtida por meio da variação de três parâmetros: aumentando a intensidade das impurezas, aumentando a concentração de impurezas ou diminuindo a densidade de partículas”, afirmou a pesquisadora.

 

Localização ordinária

 

Uma pergunta importante que o estudo pretendeu responder foi se a transição de fase quântica afetava o emaranhamento das partículas. Emaranhamento é a característica mais exótica da mecânica quântica – aquela que não tem nenhum análogo clássico. Estados emaranhados são tais que qualquer intervenção feita em um deles afeta instantaneamente o outro, mesmo que não haja contiguidade espacial entre eles.

A preservação do emaranhamento pelo maior intervalo de tempo possível é uma questão-chave para o desenvolvimento da computação quântica. “Nosso estudo mostrou que todos os três casos [intensidade da desordem, concentração de impurezas ou densidade de partículas] afetam o emaranhamento”, contou França.

“Verificamos também que a transição pode resultar em dois tipos de isolantes. Isso é algo que, até o ponto em que sabemos, não havia sido registrado ainda pela literatura”, prosseguiu.

“Uma das características dos isolantes é o fato de as partículas serem bem localizadas na amostra, em contraste com a delocalização do supercondutor. Verificamos que existe o que chamamos de ‘localização ordinária’, na qual as partículas se localizam, mas, por causa da topologia da amostra, ainda mantêm alguma delocalização. E isso faz com que o emaranhamento passe a ser constante, como deveria ser no caso de um isolante, mas assuma um valor finito, diferente de zero. E existe também o que chamamos de ‘localização completa’. Nesta, as partículas ficam completamente localizadas, e atingem emaranhamento nulo”, explicou.

Muitas controvérsias registradas na literatura decorriam do fato de a existência dos dois tipos de isolantes não ter sido até então considerada. Os autores discorriam sobre coisas distintas, e isso gerou resultados contraditórios. Foi uma importante contribuição do estudo colocar essa dualidade em evidência.

“A localização ordinária acontece sem necessidade de uma intensidade mínima de desordem, está associada a uma transição menos abrupta e pode ser alcançada por meio de qualquer um dos três parâmetros. Já a localização completa requer uma intensidade mínima e só pode ser alcançada por meio dos parâmetros concentração e densidade”, concluiu França.

O artigo Superfluid-Insulator Transition unambiguously detected by entanglement in one-dimensional disordered superfluids pode ser acessado em www.nature.com/articles/s41598-019-51986-0.

Para saber mais sobre o grupo de pesquisa ou sobre oportunidades de mestrado e doutorado na área, acesse: www.iq.unesp.br/#!/departamentos/fisico-quimica/docentes/vivian-v-franca.

 

Com informações de Agencia Fapesp.

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Drágea que libera simultaneamente dois medicamentos diferentes é testada por brasileiros

por jornalismo-analytica
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Um material polimérico e com características de hidrogel desenvolvido por pesquisadores brasileiros pode ajudar a responder a um dos desafios atuais da indústria farmacêutica: criar um sistema que permita a liberação controlada no organismo de moléculas com diferentes atividades farmacológicas contidas em uma única drágea.

Em um estudo apoiado pela FAPESP e divulgado na revista Applied Bio Materials, da American Chemical Society, cientistas das universidades de Franca (Unifran) e do Estado de Minas Gerais (UEMG) testaram o uso de uma classe de material conhecida como siloxano-poliéter – ou “ureasil” – para liberar no organismo de forma simultânea um anticancerígeno e um anti-inflamatório. Além de ações terapêuticas distintas, os fármacos usados na pesquisa também apresentam diferentes graus de afinidade por água.

“Conseguimos desenvolver um sistema para liberação simultânea de dois fármacos incorporados a uma mesma matriz polimérica [plástica]”, disse Eduardo Ferreira Molina, professor da Unifran e coordenador do projeto, à Agência FAPESP.

Flexível e transparente, a matriz polimérica é composta de segmentos em escala nanométrica (bilionésima parte do metro) de siloxano e de um poliéter (PEO). Com características de hidrogel (gel formado por uma rede rígida tridimensional de polímeros), o material é capaz de absorver volumes elevados de água em seus interstícios sem se dissolver e, por isso, é considerado ideal para liberação controlada de fármacos.

Por meio de um processo denominado sol-gel – no qual ocorre a transformação de um líquido com partículas em suspensão (“sol”) em um gel –, os pesquisadores conseguiram incorporar à matriz o anti-inflamatório naproxeno e o anticancerígeno 5-fluorouracil simultaneamente.

“A ideia foi incorporar dois agentes terapêuticos sem alterar as propriedades físico-químicas da matriz polimérica ou dos fármacos”, explicou Molina.

O anti-inflamatório naproxeno tem caráter hidrofóbico, ou seja, não absorve água. Já o 5-fluorouracil é hidrofílico e, portanto, tem maior afinidade com o líquido. A incorporação de ambos à matriz de poliéter foi possível devido aos grupos funcionais presentes no material.

“Isso possibilitou a ‘solubilização’ do naproxeno e do 5-fluorouracil”, explicou Molina.

 

Teste de liberação

A fim de testar e medir a liberação dos medicamentos foram feitos ensaios in vitro em que o material foi imerso em água com temperatura e nível de acidez (pH) similares aos encontrados no intestino humano.

A quantidade de medicamentos liberada na solução foi medida por espectroscopia no ultravioleta visível. Os resultados mostraram que o material foi capaz de liberar os medicamentos em quantidades iguais e manter a liberação ao longo do tempo.

“Esses resultados são inéditos. Até então, não havia nenhum relato na literatura científica da aplicação dessa classe de materiais para liberar de forma controlada dois agentes terapêuticos simultaneamente, na mesma quantidade, e manter isso ao longo do tempo”, disse Molina.

 

Efeito sinérgico contra o câncer

De acordo com o pesquisador, a ideia é que o material seja usado como drágea para encapsular e liberar controladamente uma série de agentes terapêuticos, entre eles quimioterápicos usados no combate ao câncer.

Uma das limitações dos quimioterápicos usados hoje é a quimiorresistência – a resistência de determinadas células cancerosas à ação do composto ativo. Sistemas de entrega de fármacos como esse descrito no artigo podem retardar o desenvolvimento da quimiorresistência, além de melhorar a eficácia terapêutica e diminuir os efeitos colaterais. Isso porque a combinação de diferentes agentes terapêuticos em um mesmo fármaco tende a promover um efeito sinérgico ou combinado, apontou Molina.

“Além de combater o câncer, um medicamento com esse sistema de liberação contendo um quimioterápico e outro agente terapêutico poderia diminuir os efeitos colaterais do tratamento”, disse. O trabalho também recebeu financiamento da FAPESP por meio de uma bolsa de mestrado.

O artigo “Ureasil organic−inorganic hybrid as a potential carrier for combined delivery of anti-inflammatory and anticancer drugs” (DOI: 10.1021/acsabm.8b00798), de Beatriz B. Caravieri, Natana A. M. de Jesus, Lilian K. de Oliveira, Marina D. Araujo, Gabriele P. Andrade e Eduardo F. Molina, pode ser lido por assinantes da revista Applied Bio Materials em https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsabm.8b00798.

 

Com informações de Agência FAPESP.

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Uso de nióbio como catalisador em célula a combustível é testado por pesquisadores

por jornalismo-analytica
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O Brasil é o maior produtor mundial de nióbio, concentrando aproximadamente 98% das reservas ativas do planeta. Utilizado na composição de ligas metálicas, principalmente de aço de alta resistência, esse elemento químico tem um espectro de aplicações tecnológicas quase ilimitado, que vai de telefones celulares a turbinas de aviões. Mas praticamente toda a produção brasileira é destinada à exportação, na forma de commodity.

Outra substância de que o país dispõe em grande quantidade, mas pouco usa, é o glicerol, um subproduto de reações de saponificação de óleos ou gorduras na indústria de sabões e detergentes ou de reações de transesterificação na indústria de biodiesel. Neste caso, a situação é até pior, porque o glicerol é, muitas vezes, tratado como rejeito, de difícil descarte.

Um estudo realizado na Universidade Federal do ABC (UFABC) juntou o nióbio e o glicerol em uma solução tecnológica promissora: a produção de células a combustível. A pesquisa foi publicada como matéria de capa pela revista ChemElectroChem: Niobium enhances electrocatalytic Pd activity in alkaline direct glycerol fuel cells.

“Em princípio, a célula funcionará como uma pilha, alimentada por glicerol, para recarregar pequenos dispositivos eletrônicos, como telefones celulares ou laptops, podendo ser usada em regiões onde não há linha de transmissão elétrica. Depois, a tecnologia poderá ser adaptada para fornecer energia elétrica a automóveis e até a pequenas residências. Não há limites para aplicações no longo prazo”, disse à Agência FAPESP o químico Felipe de Moura Souza, primeiro autor do artigo. Souza é tem bolsa da FAPESP na modalidade Doutorado Direto.

A célula converte em energia elétrica a energia química da reação de oxidação do glicerol [C3H8O3] no ânodo e de redução do oxigênio [O2] do ar no cátodo, resultando, na operação completa, gás carbônico e água [veja, na figura, a representação esquemática do processo]. A reação total é C3H8O3 (líquido) + 7/2 O2 (gasoso) → 3 CO2 (gasoso) + 4 H2O (líquido).

“O nióbio [Nb] entra no processo como um cocatalisador, coadjuvando a ação do paládio [Pd], utilizado como ânodo na célula a combustível. A adição do nióbio possibilita reduzir pela metade a quantidade de paládio, barateando o custo da célula. Ao mesmo tempo, aumenta expressivamente sua potência. Mas sua principal contribuição é diminuir o envenenamento eletrocatalítico do paládio, resultante da oxidação de intermediários fortemente adsorvidos como o monóxido de carbono, no funcionamento de longa duração da célula”, explicou Mauro Coelho dos Santos, professor da UFABC, orientador do doutorado direto de Souza e coordenador do estudo em pauta.

Do ponto de vista ambiental, que mais do que nunca deve ser um critério determinante nas escolhas tecnológicas, a célula a combustível alimentada por glicerol é considerada uma solução virtuosa, por poder substituir motores a combustão baseados em combustível fósseis.

Além de Souza e Santos, o estudo teve a participação de Paula Böhnstedt, apoiada pela FAPESP com bolsa de iniciação científica, de Victor dos Santos Pinheiro, apoiado pela FAPESP com bolsa de doutorado , de Edson Carvalho da Paz, de Luanna Silveira Parreira, apoiada pela FAPESP com bolsa de pós-doutorado e de Bruno Lemos Batista, apoiado pela FAPESP com Auxílio a Jovens Pesquisadores.

O artigo Niobium enhances electrocatalytic Pd activity in alkaline direct glycerol fuel cells pode ser acessado em https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/celc.201901254.

Com informações de Agência Fapesp.

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Banco de dados sobre durabilidade do concreto brasileiro será possibilitado por estudo iniciado há 86 anos

por jornalismo-analytica
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O ano era 1933 e o Instituto de Pesquisas Tecnológicas ainda não era o IPT – o então Laboratório de Ensaios de Materiais, ou LEM, só receberia essa alcunha um ano depois, sob a liderança do engenheiro civil, pesquisador, educador e empreendedor Ary Torres. Nessa época, Torres já tinha em seu currículo trabalhos como especialista em materiais de construção, sobretudo ligados ao concreto. E foi com o objetivo de estudar a durabilidade e o desempenho desse material que foi lançado um projeto visionário e pioneiro até os dias de hoje: por que não estudar a resistência do concreto ao longo de 50 anos após sua produção?

Até então, havia apenas uma cimenteira nacional – a Cimento Perus, que concordou em participar do projeto proposto por Torres. Foram produzidos 240 corpos de prova com seis tipos diferentes de traço – ou seja, seis diferentes proporções de mistura dos ingredientes principais do concreto (cimento, areia, brita e água). Os corpos de prova, submetidos a condições controladas de armazenamento, deveriam passar por testes de ruptura com várias idades no período de 50 anos, para verificar a sua resistência à compressão.

O mercado da construção civil, o número de fábricas e os tipos de cimento cresceram no Brasil ao longo das décadas, assim como o projeto: até 1965, mais quatro cimenteiras aderiram ao projeto e cerca de 15 mil corpos de prova foram produzidos por diferentes gerações de pesquisadores e técnicos do Instituto. Ao longo dos anos e até hoje, os rompimentos foram realizados periodicamente, conforme as orientações iniciais de Torres – alguns exatamente nas datas especificadas, outros um pouco fora do cronograma.

Das 15 mil amostras, 422 ainda estavam armazenadas no IPT em 2019 – a ‘sobra’ se deu devido à produção em excesso, mudança de escopo do projeto e à conservação de alguns corpos de prova para estudos posteriores. Por exemplo, parte dos corpos de prova confeccionados em 1933 deveria ser submetida à exposição em água doce e salgada – o que nunca aconteceu. Foi a coleção desses 12 corpos restantes, não rompidos e armazenados no IPT, que permitiu um momento histórico: a análise da resistência do concreto após 86 anos da sua confecção.

“Não há projetos semelhantes a esse no Brasil. Mesmo no mundo, o único de que temos conhecimento é um projeto que analisou a durabilidade de 100 anos de concreto, na Universidade de Wisconsin, nos Estados Unidos”, aponta Karoline Mariana Gonçalves, pesquisadora do Laboratório de Materiais de Construção Civil do IPT. “As normas têm como padrão a análise do concreto após 28 dias da confecção. Para o concreto de 86 anos que rompemos, por exemplo, verificamos que a resistência continuou a crescer após esse período. Isso permite criar parâmetros para o comportamento do concreto em obras de construção civil, muitas datadas da mesma época de confecção dos corpos de prova”, analisou.

Corpos de prova históricos de concreto que foram rompidos durante evento realizado em novembro no IPT.

 

Além de dois corpos de 1933, mais 10 datados de 1942, 1954, 1963 e 1964 foram rompidos em novembro de 2019. Ex-pesquisadores do IPT que trabalharam no projeto, muitos deles referência no cenário do cimento e do concreto no Brasil atualmente, estiveram presentes. Os resultados dos ensaios de compressão mostraram que a resistência do concreto aumentou consideravelmente com a passagem dos anos (veja tabela com os dados).

“Esses resultados são importantes não apenas para a tecnologia do concreto, mas para a evolução da indústria brasileira. Embora o concreto seja um material antigo, a fabricação dentro de um protocolo, com composição química definida, é recente, tem cerca de 100 anos. É um material muito jovem”, explica Paulo Roberto do Lago Helene, ex-presidente e atual diretor do Instituto Brasileiro do Concreto (Ibracon). “Agora, temos informações fidedignas do comportamento do material ao longo do tempo – é um material de referência, importante para o crescimento do setor e da consolidação da nossa forma de construir”.

Os resultados completos dos rompimentos realizados no evento de novembro, junto às análises dos corpos de prova, devem ser disponibilizados em artigos científicos nos próximos meses.

UM NOVO PROJETO – Organizar um banco de dados capaz de fornecer informações de valor para o meio acadêmico e industrial da construção civil, bem como para a sociedade, é uma das prioridades da equipe atual do Laboratório de Materiais de Construção Civil do IPT. Em 2017, o laboratório iniciou um projeto de capacitação para recuperar, organizar e sistematizar todos os documentos, relatórios, certificados, dissertações, teses e trabalhos acadêmicos relacionados ao projeto.

“Os últimos rompimentos, que deveriam ter ocorrido em 2015 – totalizando 50 anos dos últimos corpos de prova moldados – foram postergados, a fim de que pudéssemos organizar o grande volume de material”, conta Priscila Rodrigues Melo Leal, coordenadora do trabalho. “Digitalizamos os documentos e tabulamos os resultados de todos os ensaios realizados nos últimos 86 anos. Entendemos que isso era fundamental para dar continuidade e conclusão a esse projeto”.

O próximo passo, segundo a pesquisadora, é prosseguir com os rompimentos e a análise das propriedades físico-mecânicas dos materiais, tal como idealizado em 1933. Mas não só – a evolução da tecnologia, aliada ao excedente de corpos de prova armazenados no Instituto, deve abrir um leque de novas oportunidades de análise e compreensão do material.

“Dispomos hoje de novas tecnologias que permitem uma análise mais apurada do concreto. Pretendemos fazer uma análise microestrutural das amostras, com a qual poderemos avaliar a evolução do material cimentício em termos de distribuição e composição. Também serão feitas análises mineralógicas e químicas, além de outras mais refinadas, como tomografia computadorizada, por exemplo”, enumera Leal. “Guardar algumas amostras para garantir novas informações conforme a tecnologia e ciência avançam também é um objetivo”, finaliza.

Nas palavras de Maria Alba Cincotto, ex-pesquisadora do Laboratório de Químicas de Materiais do IPT (precursor do atual Laboratório de Materiais de Construção Civil do Instituto) e atual professora da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (Poli-USP), o estudo pode ser considerado um tesouro, e vem em momento ‘feliz’ da ciência do cimento e do concreto. “Se esses ensaios tivessem sido feitas há dez anos atrás, não teríamos as respostas que poderemos ter hoje, porque as técnicas de análise da microestrutura e tudo o que envolve materiais cimentícios estão mais desenvolvidos atualmente”, aponta ela, que fez o rompimento de um corpo de prova cinquentenário do projeto durante seus anos de trabalho no IPT.

PASSADO, PRESENTE E FUTURO – Para Fabiano Ferreira Chotoli, pesquisador atualmente à frente do laboratório do IPT, entender o comportamento do concreto é de fundamental importância para a sua preservação. “Muitas obras de arte, como pontes e viadutos, e mesmo edifícios foram construídos utilizando concreto na cidade de São Paulo no início do século passado”, conta.

Na opinião do pesquisador, o projeto realizado pelo IPT tem como contribuição um maior conhecimento do material. “Parece simples analisar a resistência do concreto; por trás disso, existem outros conhecimentos. Entender a capacidade que o concreto tem de suportar algumas condições é fundamental para buscar alternativas para sua recuperação e para a escolha de materiais compatíveis a serem adotados”, aponta.

Francisco de Assis Souza Dantas coloca sua opinião na mesma linha. Dantas trabalhou no IPT por mais de 20 anos – alguns deles no então Laboratório de Concreto, participando ativamente do projeto junto ao colega Carlos Eduardo de Siqueira Tango (cujo doutorado envolveu a análise da influência da temperatura do local onde foram armazenados os corpos de prova).

“Além do aspecto da estabilidade e da segurança do concreto, esse projeto traz à luz a questão da durabilidade. Pretende-se com uma construção de concreto armado que ela dure anos e anos. Temos toda uma infraestrutura de saneamento básico, com estações de tratamento de água e esgoto, para as quais o material mais apropriado para a construção ainda é o concreto. O trabalho do IPT auxilia a dimensionar o concreto para suportar a agressividade do meio ambiente”, avalia Dantas.

Como já aponta a fala de Dantas, mais do que apenas preservar e recuperar as obras já existentes, o banco de dados e o conhecimento armazenado no projeto quase centenário do Instituto deve ter um papel importante para o futuro da tecnologia do concreto. Chotoli compartilha dessa visão.

“O cimento do início do século era um cimento Portland comum, de clínquer e gipsita. Hoje, temos a inserção de materiais suplementares cimentícios, adições minerais e outros aditivos, tanto no cimento quanto no concreto, que procura elevá-los a patamares mais avançados de durabilidade e desempenho. Entender como esse cimento era na época e como está se comportando hoje é fundamental – trata-se de um material de referência que também fornecerá informações relevantes para os tecnologistas projetarem concretos cada vez mais duráveis”.

Com informações de IPT.
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