Transcript Nanobiotecnologia: princípios e aplicações Prof. Dr. Vinicius Campos Disciplina de Nanobiotecnologia

Nanobiotecnologia:
princípios e aplicações
Prof. Dr. Vinicius Campos
Disciplina de Nanobiotecnologia
Graduação em Biotecnologia - UFPel
Abordagens da aula...
1. Nanotecnologia
2. Divisão da nanotecnologia
3. Nanobiotecnologia
4. Funcionalização
4. Biossegurança
Nanotecnologia
Alimentos nanoestruturados
VITAMINAS EM SPRAY
nanogotas para
melhor
absorção nasal.
CHOCOLATE
em
nanopartículas
para melhor
textura
SUPLEMENTOS
ALIMENTARES
nano/micropartículas para
melhor
absorção intestinal.
Breve Histórico da Nanotecnologia
• 2500 anos atrás – Filósofos gregos já
estudavam qual a unidade formadora dos
materiais
• 1959 – Richard Faynman – sugeriu o arranjo
de átomos de acordo com a necessidade –
considerado o pai da nanotecnologia
Nanotecnologia
• A nanotecnologia é um conjunto de técnicas
usadas para manipular a matéria na escala de
átomos e moléculas – 1 a 100 nm
• Nano é uma medida e não uma tecnologia
• A chave para a nanotecnologia é que em
nanoescala a propriedade dos materiais pode
mudar drasticamente – efeitos quânticos
Nano X Macro
Abaixo de 100 nm as propriedades físicas e químicas
mudam
• Aumento da área superficial = maior reatividade.
Ex.: maior penetração em células
• Novas propriedades óticas, elétricas e magnéticas
Nanotecnologia
• Carbono na forma de grafite (lápis) é macio e
maleável; em nanoescala pode ser mais
resistente que o aço e seis vezes mais leve
Carbono Grafite
Nanotubo de Carbono
Nanotecnologia
• O óxido de zinco é normalmente branco e
opaco; em nanoescala ele se torna ele se
torna transparente;
ZnO
Nanocristal de ZnO
Nanotecnologia
• O alumínio em nanoescala pode entrar em
combustão espontânesa e pode ser utilizado
como combustível para foguetes
Nanotecnologia
Duas abordagens diferentes:
Top-down : redução das dimensões dos dispositivos  miniaturização
Abordagem “física”
Bottom-up : montar estruturas a partir de moléculas  replicando a
Natureza
Abordagem “química”
Biologia
Medicina
Biotecnologia
Engenharias
Nanotecnologia
Química
Ciência dos
materiais
Física
Informática
Divisão da nanotecnologia
Nanotecnologia
• Pode ser dividida em três grandes áreas:
– Nanoeletrônica
– Nanomateriais
– Nanobiotecnologia
Nanoeletrônica
Anos 20 a 70 - Válvulas
Nanoeletrônica
Anos 80 – 2000 - Microchip
Nanoeletrônica
2015 - Nanochip
Nanomateriais
• Área da nanotecnologia que busca controlar a
morfologia dos materiais em escala nano;
• Instrumentos de medição e manipulação
• Microscópio de força atômica
Imagens de DNA obtidas por Microscopia de Força Atômica
1.5 m
Nanobiotecnologia
Nanotecnologia
Quando aplicada às ciências da vida recebe o nome de
Nanobiotecnologia
Formas variadas aplicadas a Industria Farmacêutica e Médica
Emulsões múltiplas e inversas,
Micro e nanogéis,
Nanopartículas poliméricas biodegradáveis,
Nanopartículas lipídicas sólidas,
Lipossomas,
Quantum dots,
etc.
Nanobiotecnologia
1. Nanotubos
2. Nanopartículas
3. Nanopolímeros
4. Quantum dots/pontos quânticos
Nanotubos
• Nanotubos de carbono
• Nanotubos de haloisita – naturalmente
formados
Aplicações dos Nanotubos
• Transfecção de ácidos nucléicos
– DNA
– RNA
– RNAi
• Entrega de fármacos/Drug delivery
– Nanoantibióticos
– Nanovacinas
– Nanoanticorpos
Nano-Sperm-mediated gene transfer
Nanopartículas
• Nanocápsulas
• Nanopartículas magnéticas
• Nanopartículas poliméricas
• Lipossomos
Lipossoma
Nanopartículas
Lipídicas Sólidas
Nanopartículas
Metálicas/Magnéticas
Nanopartículas
Poliméricas
Nanoemulsões
Aplicações das Nanopartículas
• Entrega de ácidos nucléicos
• Drug delivery
• Nanoencapsulamento de fármacos
– Liberação controlada de fármacos
• Diagnóstico de donças
• Nanocosméticos
Nanocosméticos e nanopartículas
Nanocosméticos e nanopartículas
Uso de Nanocosméticos
• Partículas metálicas para aumento de brilho em maquiagens;
• Nanoemulsões para cabelos mais hidratantes;
• Proteção de ativos contra a degradação, (encapsulamento da
vitamina C);
• Liberação em camadas mais profundas da pele de ativos antirugas;
• Melhoria da textura do creme e formação de um filme mais
eficiente de protetores solar, (nanopartículas de dióxido de
zinco).
Nanopolímeros
• Nanopolímeros catiônicos
• Nanopolimeros – dendrímeros
Aplicações dos Nanopolímeros
• Transfecção de ácidos nucleicos
• Drug delivery
• Scaffolds
– Células tronco
Quantum dots
Funcionalização
Este processo trata das alterações nas
propriedades eletrônicas e estruturais das
nanoestruturas. Neste caso, átomos ou
moléculas podem ser adsorvidos ou ligados às
nanoestruturas, alterando, de alguma forma, as
propriedades originais, acrescentando com novas
propriedades.
Funcionalização
Funcionalização
Biossegurança em Nanobiotecnologia
• Se as nanopartículas entram nas células, quais
seus efeitos fisiológicos nos tecidos?
• As nanopartículas poderiam ganhar acesso
à circulação sistêmica a partir do contato com
a pele? Isso seria relevante para
medicamentos e cosméticos?
• Qual o efeito de terapias usando nanotubos?
Revisando...
1.
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3.
4.
5.
6.
7.
8.
1959 – início da nanotecnologia
Efeito quântico
Botton-up/Top-down
Ciência multidisciplinar
Nanoeletrônica/Nanomateriais/Nanobiotecnologia
Nanotubos/Nanopartículas/Nanopolímeros/Nanocosméticos
Funcionalização
Biossegurança
Prof. Dr. Vinicius Farias Campos
Graduação em Biotecnologia
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