Transcript Universidade Federal de Pelotas Centro de Desenvolvimento Tecnológico

Universidade Federal de Pelotas
Centro de Desenvolvimento Tecnológico
Curso de Graduação em Biotecnologia
Características dos nanomateriais:Arsenal
de nanoestrutura
Dr. Luciano da Silva Pinto
O que acontece quando se manipula a
matéria nessa dimensão ?
• Novos paradigmas:
• Efeitos quânticos passam a ser explorados
• Efeitos gravitacionais perdem importância
• Propriedades óticas (resposta a estímulo luminoso) podem ser
exploradas
• Forças atômicas e moleculares (forças de Van der Waals)
• Explora propriedades nanométricas para obter efeitos
macroscópicos.
Exemplo - Lagartixa
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
Nanopartículas Semicondutoras
Espectros de emissão de NPs de CdSe – diferentes tamanhos
Bruchez et al, Science, 1998, 281, 2013
Arsenal de Nanoestruturas
Nanoestruturas
Lipossomas
Nanoemulsão
• São vesículas esféricas
compostas por bicamadas de fosfolipídios.
•Descobertos no início da década de 1960,
•Polímeros com alta afinidade por água
podem ser incorporados à sua superfície,
para aumentar sua estabilidade e seu
tempo de permanência no organismo.
•Pode-se ainda ligar à sua superfície
anticorpos, que atuariam como agentes de
direcionamento dos lipossomas para sítios
específicos do organismo.
• É o equivalente da nanocápsula
sem a parede polimérica ao seu
redor.
Também
podem
apresentar
moléculas em sua superfície que
alteram
suas
características
físico-químicas e biológicas.
Nanoestruturas
Dendrímeros
Nanopartículas poliméricas
“Dendron” = árvore (grego)
“mero” = parte, unidade
• Desenvolvidas na década de 1990,
podem ser divididas em nanoesferas,
compostas por uma rede de polímeros, e
nanocápsulas, que são gotículas de óleo
envoltas por um filme fino de polímero.
• Conhecidos como moléculas-cascata,
são esferas formadas por um núcleo de
polímero com ramificações.
O número de ramificações define o
tamanho do dendrímero.
Nanoestruturas
Micelas poliméricas
Ciclodextrina
Previne
decomposição
e
aumenta
biodisponibilidade.
Nitropen:
comprimidos
sublinguais
de
dilatador coronário
(Nippon Kayaku)
• De estrutura mais simples, são
compostos por uma região interna
hidrofóbica e por cadeias externas de
polímero hidrofílicos.
Nanopartículas metálicas
Nanopartículas metálicas
Dispersões de nanopartículas de ouro e
prata em diferentes tamanho e formas
• São compostas por metais que têm
propriedades diferentes daquelas observadas
em nível macroscópico devido ao seu reduzido
tamanho.
• As nanopartículas magnéticas podem ser
direcionadas a um local específico do corpo por
meio de um campo magnético externo.
LIU, M., GUYOT-SIONNEST, P, J. Phys. Chem. B, v. 108, p. 5882, 2004.
Formas alotrópicas de carbono
(a) Diamante
(b) Grafite
(c) Lonsdaleite
(d) fullerenos C60
(e) C540
(f) C70
(g) carbono amorfo
(h) nanotubo de carbono.
Nanoestruturas- Materiais
estratégicos
Fulerenos
C60
• Estruturas de diâmetro muito menor, são
compostos por unidades de carbono,
assim como a grafita, o carvão e o
diamante, porém com arquitetura que lhes
confere propriedades especiais, como
maior resistência mecânica e alta
capacidade de transportar calor e
eletricidade.
C70
Nanotubos de carbono
• O que são ?
– Estrutura de carbono formada por uma ou múltiplas folhas de
grafeno (folha de carbono), primeiramente observados em 1991 por Sumio
Iijima.
• Dimensões:
– diâmetro é de um a três nanômetros (nm) e cujo comprimento
de 1.000 nm
Introdução à Nanociência e Nanotecnologia
XVI EVINCI - Prof. Aldo Zarbin - DQUI-UFPR
Nanotubos de carbono
1. Nanotubos de parede simples
(Single-walled nanotubes -SWNT)
• uma única folha de grafeno
2. Nanotubo de paredes múltiplas
Multi-walled nanotubes
(MWNT)
• várias folhas concêntricas de grafeno
• espaço entre as camadas (0.34 nm)
ligeiramente maior que no grafite (0.335
nm)
Introdução à Nanociência e Nanotecnologia
XVI EVINCI - Prof. Aldo Zarbin - DQUI-UFPR
Características dos nanotubos
• 5 vezes mais resistente que
o aço.
• Flexíveis na região radial e
muito resistente na região
axial.
• Alguns são condutores
elétricos e outros são
semicondutores.
• Capacidade de
armazenamento de
Hidrogênio.
O método mais comum para o "crescimento " de nanotubos é chamado
deposição de vapor químico ou CVD.
Este método é o mais prático para fabricação de nanotubos com um
comprimento útil.
Ponto Quântico
• Poço de potencial energético capaz de
confinar elétrons,
• Quantização da energia nas 3 dimensões
• Elétrons confinados têm níveis de
energia discretos, semelhante ao átomo
– Também chamado de “átomo artificial”
• Dimensões dependem das condições de
crescimento (4 - 20 nm)
• Aplicações
– Detectores, diodos laser, etc
– Computação Quântica – candidato
promissor
Micrografia de quantum dots em forma de
pirâmide, de indio, galio e arsênio.
Cada ponto mede cerca 20 nanos de largura e
8 de altura.
Quantum dots
• Novas
propriedades
óticas,
elétricas e
magnéticas
5.5 nm
4.8 nm
4.2 nm
2.3 nm
Ferramentas
• Visualização e Caracterização
• Síntese
Ferramentas
Visualização e Caracterização
• Microscópio de Força Atômica - AFM;
• Microscópio de Tunelamento - STM;
• Microscópio Eletrônico de Transmissão – TEM;
• Microscópio Eletrônico de Varredura – SEM;
• Espectroscopia de Infra-Vermelho;
• Espectroscopia Raman;
• Ressonância Magnética Nuclear.
Visualização e caracterização
Microscópio de tunelamento STM
Microscópio de força atômica
Síntese
• Chemical Vapor Deposition – CVD;
• Molecular Beam Epitaxy – MBE;
• Litografia por feixe de elétrons;
• Feixe de íons;
• Síntese Hidrotérmica;
• Auto-montagem molecular.
Síntese
Deposição de vapor químico
Síntese
Epitaxia por feixe molecular
A técnica de epitaxia por feixe molecular (MBE ) foi desenvolvido inicialmente
para o crescimento cristalino de semicondutores. É um vácuo ultra- alto (P <
10-6 mbar) tecnologia baseada na evaporação seqüencial dos componentes
elementares colocado em células de efusão de Knudsen . Uma das vantagens
deste método baseia-se no controle do crescimento em tempo real, graças à
utilização in situ da difração de elétrons de alta energia em incidência rasante
(RHEED).
Síntese
Feixe de íons
Esta técnica utiliza um feixe de íons altamente concentrado
(geralmente oxigênio ou íons de césio são usados para
amostras inorgânicas ).
Síntese
Síntese hidrotérmica
• inclui as várias técnicas
de cristalização de
substâncias de soluções
aquosas quentes em alta
pressão de vapor ,
também denominado
método hidrotermal.