sábado, 14 de novembro de 2015

Sensor de antimatéria mais preciso já construído

Sensor de antimatéria mais preciso já construído

Sensor de antimatéria mais preciso já construído
É um componente único, construído com silício mil vezes mais puro do que o utilizado nos transistores dos processadores de computador. [Imagem: L. Andricek/HLL@MPG]
Sensor de antimatéria
Antimatéria não é algo que se encontre por aí facilmente - felizmente -, ainda que os físicos não saibam exatamente porquê.
Como a antimatéria aniquila-se com matéria assim que as duas se encontram, produzindo uma emissão de raios gama, os cientistas atualmente estão mais interessados em construirgarrafas para aprisionar a antimatéria e, assim, mantendo-a afastada de tudo o mais, poder estudá-la.
Jelena Ninkovic e seus colegas do Instituto Max Planck, na Alemanha, contudo, estão mais interessados em rastrear a antimatéria, seguindo seus passos para descobrir de onde ela veio e para onde ela poderia ter ido.
Para isso, a equipe acaba de construir o sensor mais preciso já fabricado para medir com precisão a trilha seguida pelas partículas de antimatéria.
O sensor será instalado no experimento Belle II, que deverá começar a operar em 2017 no Acelerador Kek, no Japão.
Colisões de matéria e antimatéria
Quando o acelerador Kek começar a colidir elétrons e antielétrons - ou pósitrons -, o novo sensor seguirá com precisão a rota e o padrão de decaimento das partículas e das antipartículas produzidas na colisão, para ver se há alguma diferença nos padrões de cada uma.
"Nós estamos procurando diferenças extremamente pequenas. Por isso, detectar com precisão o local do decaimento - também conhecido como vértice - é crucial. Essas medições serão executadas por este sensor que acabamos de construir, que tem características que o tornam inigualável em todo o mundo," disse o professor Christian Kiesling, membro da equipe.
É um componente único, feito de silício mil vezes mais puro do que o utilizado nos transistores dos processadores de computador. Em uma superfície de oito centímetros quadrados, cada módulo integra 200.000 células de píxeis DEPFET - DEPFET é a sigla em inglês para transistor de efeito de campo com canal p empobrecido.
Ele pode ser comparado ao sensor de uma câmera digital, mas com píxeis muitíssimo menores e mais precisos, capazes de registrar até 50.000 eventos por segundo.

Com os dados obtidos nas colisões, os físicos esperam ter alguma pista sobre onde estaria a antimatéria que teria sido criada em igual proporção à matéria, segundo a teoria do Big Bang.

terça-feira, 20 de janeiro de 2015

Divulgação do Programa de Pós-graduação em Nanociências.







http://www.youtube.com/watch?v=q4pAR2p-mIY



Nanotubos de carbono incrementam a fotossíntese de plantas.

Nanotubos de carbono incrementam a fotossíntese de plantas.


Em artigo publicado na revista Nature Materials, pesquisadores explicaram como conseguiram estimular a absorção de energia luminosa em plantas graças ao uso de nanotubos de carbono. Para o professor do MIT (EUA) Michael Strano e autor do artigo, trata-se de uma vasta área de pesquisa que está nascendo: "O potencial é verdadeiramente sem fim". As plantas são particularmente interessantes ao mesmo tempo que formam uma plataforma tecnológica: elas são capazes de se auto-reparar, de sobreviver em ambientes difíceis e de fornecer sua própria fonte de energia.
Além de aumentar a fotossíntese, os pesquisadores também mostraram que eles podem transformar as plantas graças ao uso de nanomateriais visando detectar o monóxido de nitrogênio (NO), um poluente produzido pela combustão. Ao adaptar os minúsculos detectores das plantas a outros alvos, os pesquisadores esperam desenvolver plantas que possam "seguir" diferentes poluições ambientais.


Superfotossíntese que vem das nanotecnologias
As plantas produzem energia por fotossíntese através de organelas celulares: os cloroplastos. A fotossíntese tem lugar em duas etapas. Inicialmente, pigmentos tais como a clorofila, absorvem as radiações luminosas, que faz com os elétrons sejam excitados e se desloquem no interior dos cloroplastos. A planta utiliza em seguida esta energia elétrica para a fabricação de açucares. Ou seja, os cloroplastos utilizam somente a radiação visível que é uma parte da radiação solar. Como os nanotubos de carbono podem absorver a radiação ultravioleta, o visível e o infravermelho próximo, os pesquisadores tiveram a idéia de utilizá-los como "antenas" para captar os comprimentos de onda longos habitualmente não utilizados pelos cloroplastos.


É possível, graças aos nanomateriais melhorar a absorção de energia luminosa das plantas.
Créditos: Juan Pablo Giraldo


A primeira etapa desta pesquisa consistiu assim, inserir as nanotecnologias no interior dos cloroplastos. Através de uma técnica desenvolvida em seus laboratórios, os pesquisadores mostraram que os nanotubos de carbono se inseriam no interior dos cloroplastos através de uma montagem espontânea. Esse movimento dos nanotubos de carbono através das membranas dos cloroplastos se faz via mecanismos passivos, por difusão e por uma reação superficial espontânea. A atividade fotossintética dos cloroplastos pode assim ser estimulada: o transporte de elétrons aumentou 49% graças aos nanotubos. As folhas infiltradas com soluções de nanotubos com concentrações de 2,5 e 5mg/l levaram a um aumento no transporte de elétrons de 27% e 31%, respectivamente. Desta maneira, os nanotubos de carbono são capazes de estimular a conversão de energia solar pelos cloroplastos, in vivo e ex vivo.
Outra vantagem desses nanomateriais: eles permitem limitar os danos causados pelos radicais livres. De fato, os cloroplastos isolados das plantas podem realizar a fotossíntese ex vivo, porém eles param de funcionar ao fim de algumas horas devido os danos ocasionados pela luz e pelo oxigênio. As plantas são capazes de repará-los, todavia os cloroplastos por si mesmos não podem fazê-lo. As nanopartículas antioxidantes podem capturar os radicais livres e desta forma aumentar a produtividade dos cloroplastos.
Futura Science (Tradução - MIA/OLA).

Nota do Scientific Editor - O trabalho "Plant nanobionics approach to augment photosynthesis and biochemical sensing", que deu origem a esta notícia, é de autoria de Juan Pablo Giraldo, Markita P. Landry, Sean M. Faltermeier, Thomas P. McNicholas, Nicole M. Iverson, Ardemis A. Boghossian, Nigel F. Reuel,Andrew J. Hilmer, Fatih Sen, Jacqueline A. Brew and Michael S. Strano, tendo sido publicado no periódico Nature Materials, vol. 13, págs. 400-408 (2014), DOI:10.1038/nmat3890.

sábado, 18 de outubro de 2014

Correia transportadora para nanopartículas e moléculas

Correia transportadora para nanopartículas e moléculas

Redação do Site Inovação Tecnológica - 24/07/2014
Nanovelcro funciona como correia transportadora para moléculas
[Imagem: Kai D. Schleicher et al./Biozentrum/Universidade de Basel]
Biotransporte
Assim como os velcros parecem ter mil e uma utilidades nas dimensões humanas, os nanovelcros parecem ser igualmente versáteis no reino das nanotecnologias.
A diferença é que eles podem servir a propósitos bem diferentes.
Por exemplo, enquanto possa não lhe ter ocorrido usar um velcro para limpar a casa, um nanovelcro detecta e captura metais pesados na água e até em peixes.
Agora, pesquisadores da Universidade de Basel, na Suíça, descobriram que um nanovelcro pode ser muito eficiente para transportar cargas - cargas adequadamente pequenas, como moléculas.
Outra equipe já havia criado uma nanocorreia transportadora capaz de levar átomos ao longo de um nanotubo, mas este nanovelcro é mais afeito a aplicações na área da biologia e da medicina.
Kai Schleicher descobriu que proteínas encontradas nos poros da membrana do núcleo das células funcionam como um velcro, podendo ser usadas para transportar nanopartículas de forma controlável e seletiva.
Agora que Schleicher fez o trabalho mais árduo, isso não parece surpreendente. Afinal, há muito tráfego em nossas células, com proteínas viajando do ponto onde são fabricadas, no citoplasma, até o núcleo, onde são usadas para ler informações genéticas.
São os poros na membrana do núcleo que permitem esse transporte de "cargas" para dentro e para fora.
As "proteínas-velcro" nos poros somente transportam moléculas que se encaixem em suas garras - para todas as outras, o núcleo é uma zona proibida.
Nanocorreia transportadora
A equipe então criou um sistema artificial que imita esse processo, recobrindo nanopartículas com as proteínas-velcro.
O mais interessante ocorreu quando esse velcro biológico ficou saturado. Da mesma forma que o velcro normal quando fica sujo, o velcro biológico tornou-se menos adesivo, e as partículas começaram a deslizar sobre ele por difusão - as nanopartículas escorregam por ele sem a necessidade de aplicação de força externa.
"Entender como o processo de transporte funciona no complexo poro nuclear foi determinante para nossa descoberta," disse o professor Roderick Lim, orientador do grupo. "Com o velcro em nanoescala nós podemos definir o caminho a ser tomado, bem como acelerar o transporte de partículas selecionadas sem necessitar de energia externa."
Segundo o professor, a correia transportadora baseada no nanovelcro poderá ter aplicações práticas em qualquer sistema nanotecnológico que necessite transportar partículas de um lado para o outro de forma controlada - eventualmente emnanofábricas.
Bibliografia:

Selective transport control on molecular velcro made from intrinsically disordered proteins
Kai D. Schleicher, Simon L. Dettmer, Larisa E. Kapinos, Stefano Pagliara, Ulrich F. Keyser, Sylvia Jeney, Roderick Y. H. Lim
Nature Nanotechnology
Vol.: 9, 525-530
DOI: 10.1038/nnano.2014.103

Nobel de Química premia transformação de microscópio em nanoscópio

O Prêmio Nobel de Química 2014 foi concedido a dois pesquisadores norte-americanos e um romeno "pelo desenvolvimento da microscopia de fluorescência de alta resolução".
Eric Betzig, nascido em 1960, é professor do Instituto Médico Howard Hughes (EUA). Stefan W. Hell, nascido em 1960 na Romênia é atualmente pesquisador da Universidade de Heidelberg (Alemanha). William E. Moerner, nascido em 1953, é professor da Universidade de Stanford (EUA).
Limites da microscopia
Por séculos a microscopia óptica tinha uma limitação que parecia natural: seria impossível obter uma resolução maior do que a metade do comprimento de onda da luz que o olho humano consegue captar.
Em 1873, Ernst Abbe estipulou um limite físico para a resolução máxima da microscopia óptica tradicional: ela nunca poderia superar 0,2 micrômetro, ou 200 nanômetros.
Ajudados em grande parte pelas moléculas fluorescentes premiadas pelo Nobel de Química em 2008, os ganhadores do prêmio deste ano contornaram esta limitação.
Segundo o comitê do Nobel, foram os três cientistas que transformaram os microscópios ópticos em nanoscópios.
Com o advento da nanoscopia, hoje os cientistas podem estudar células vivas observando detalhes em nível molecular.
Nobel de Química 2014 premia transformação de microscópio em nanoscópio
Princípio de funcionamento do microscópio STED. [Imagem: Johan Jarnestad/RSAS]
Nanoscopia
O Prêmio Nobel está premiando dois princípios diferentes de nanoscopia.
O primeiro, criado pela equipe do Dr. Stefan Hell em 2000, é conhecido como STED, sigla em inglês para Stimulated Emission Depletion, ou depleção de emissão estimulada.
A técnica emprega dois feixes de laser. O primeiro estimula as moléculas fluorescentes, fazendo-as brilhar, enquanto o outro cancela toda a fluorescência exceto aquela emitida por volumes em escala nanométrica. Rastreando toda a amostra, nanômetro para nanômetro, gera-se uma imagem com uma resolução melhor do que o limite de Abbe.
Eric Betzig e William Moerner, trabalhando separadamente, lançaram as bases para a segunda técnica, hoje conhecida como microscopia de molécula única.
Nobel de Química 2014 premia transformação de microscópio em nanoscópio
Princípio de funcionamento da microscopia de molécula única. [Imagem: Johan Jarnestad/RSAS]
O método baseia-se na possibilidade de ligar a desligar a fluorescência de moléculas individuais. A mesma área é fotografada várias vezes, deixando apenas algumas moléculas intercaladas brilharem de cada vez. Sobrepondo essas imagens individuais, cria-se uma imagem com detalhes que permitem visualizar todas as moléculas.
Em 2006, Eric Betzig utilizou este método pela primeira vez e seu trabalho foi noticiado aqui no Site Inovação Tecnológica:
Pós-Nobel
O progresso do campo da microscopia acelerou bastante nos últimos anos - após os trabalhos agora premiados pelo Nobel - e hoje já é possível ver células vivas em 3D ao natural e observar células vivas ao vivo, sem depender da reconstrução posterior de imagens.
O próprio professor Moerner foi um dos pioneiros no campo das nanoantenas, hoje utilizadas em uma ampla gama de tecnologias ópticas, não apenas para capturar, mas também para emitir luz.
Existem também várias outras técnicas que chegaram à dimensão nano, ainda que nem todas utilizem o espectro óptico.
No ano passado, publicamos um Especial Microscópios, mostrando alguns desses avanços.

Mais duro que diamante.

http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=material-mais-duro-diamante-rumo-escala-industrial&id=010160141016&ebol=sim#.VELU6SLF91I

Fulerita
Pesquisadores russos desenvolveram um processo capaz de sintetizar um material ultraduro - com uma dureza superior à do diamante.
O material é chamado fulerita, um polímero composto por fulerenos, moléculas esféricas feitas inteiramente de carbono.
Os fulerenos, também conhecidos como buckballsou Carbono 60, já haviam sido adicionados ao alumínio, produzindo uma liga tão dura quanto o aço.
O novo material é ainda mais duro.
Há algum tempo que o diamante perdeu o posto dematerial mais duro conhecido pelo homem, criando a categoria de materiais ultraduros, aqueles que são mais duros do que o diamante.
Os diamantes naturais têm uma dureza entre 70 e 150 gigapascals (GPa), mas a fulerita fabricada segundo o novo processo atinge durezas que vão dos 150 aos 300 GPa.
Material mais duro que diamante rumo à escala industrial
Esquema de uma molécula de fulereno C60. [Imagem: MIPT]
"A descoberta da síntese catalítica da fulerita ultradura vai criar uma nova área de pesquisa em ciência dos materiais porque reduz substancialmente a pressão necessária para a síntese e permite a fabricação do material e seus derivados em escala industrial," disse o professor Mikhail Popov, do Instituto de Física e Tecnologia de Moscou.
Polímero tridimensional
Assim como o diamante, os fulerenos são formados por átomos de carbono - são 60, dispostos em um formato que lembra uma bola de futebol.
Essas moléculas podem ser organizadas de diferentes formatos, com a dureza do material resultante sendo determinada por esse arranjo.
No processo desenvolvido pela equipe russa, as moléculas C60 são interconectadas por ligações covalentes em todas as direções, uma estrutura que os cientistas dos materiais chamam de polímero tridimensional.
Bibliografia:

Synthesis of ultrahard fullerite with a catalytic 3D polymerization reaction of C60
M. Popov, V. Mordkovich, S. Perfilov, A. Kirichenko, B. Kulnitskiy, I. Perezhogin, V. Blank
Carbon
Vol.: 76, September 2014, Pages 250-256
DOI: 10.1016/j.carbon.2014.04.075

sábado, 30 de novembro de 2013

Conheça a camisinha do futuro feita em grafeno


http://curiosidades-insanas.com/wp-content/uploads/2013/11/camisinha-futuro-grafeno.jpg
Grafeno: você já ouviu falar desse composto que rendeu o Prêmio Nobel de física em 2010? O grafeno é uma das formas cristalinas do carbono, assim como o diamante e o grafite. O grafeno de alta qualidade é muito forte, leve, quase transparente e um excelente condutor de calor e eletricidade. É o material mais forte já demonstrado, consistindo em uma folha plana de átomos de carbono densamente compactados em uma grade de duas dimensões.
Por essas e outras qualidades, a Fundação de Bill Gates doou US$ 100 mil para pesquisadores misturarem o material ao látex dos preservativos, tornando-os mais finos, resistentes e prazerosos. O produto já vem sendo aplicado em filtros para dessalinizar água, baterias super potentes e processadores ultra rápidos – e agora, a camisinha do futuro, que deve aliar a força do grafeno à elasticidade do látex.
O objetivo da Fundação criada pelo fundador da Microsoft, Bill Gates, é o de lançar no mercado uma camisinha tão fina e segura que sirva de incentivo para a prática do sexo seguro no mundo inteiro, especialmente nos países pobres, com maior incidência de doenças sexualmente transmissíveis, colocando fim ao estigma de que o ato sexual com preservativo é menos prazeroso.
O diretor sênior da equipe de HIV na fundação Bill e Melinda Gates, Papa Salif Sow, disse que a super camisinha será uma arma poderosa na luta contra a pobreza. Segundo a organização, a produção mundial de camisinhas é de 15 bilhões de unidades por ano, utilizadas por 750 milhões de usuários. Os dados são muito inferiores, se comparados ao número de pessoas sexualmente ativas no mundo, mostrando que o sexo seguro ainda não é uma rotina na vida de muitas pessoas.


quinta-feira, 17 de outubro de 2013

Radiação de calor em nanoescala desafia Lei de Planck

Redação do Site Inovação Tecnológica - 22/07/2013
Radiação de calor em nanoescala desafiam Lei de Planck
O grupo trabalha com fibras ópticas ultrafinas para transportar informações quânticas, fibras estas que podem "fritar" se a dissipação do calor não for bem compreendida. [Imagem: Vienna University of Technology]
Onda de calor
A Física está decididamente sendo invadida por uma "onda de calor" - mais especificamente, sobre mudanças radicais na forma como a ciência compreende e interpreta o calor.
Depois de uma proposta inusitada para marcar o tempo pelo calor, demonstrou-se que o calor pode ser manipulado como se fosse luz, usando lentes e espelhos.
Mas as duas novidades mais radicais vieram com a demonstração, feita por equipes separadas, de que a energia pode ser transportada diretamente do frio para o calor e que, em escala atômica, o calor se concentra e não aquece todos os lugares.
Agora, Christian Wuttke e Arno Rauschenbeutel, da Universidadede Tecnologia de Viena, na Áustria, fizeram uma descoberta ainda mais surpreendente, que mexe com um dos pilares da física, a chamada Lei de Planck, ou "lei da radiação dos corpos negros".
Lei de Planck
Em 1900, o físico Max Planck estruturou uma fórmula que descreve a radiação de calor dos corpos como uma função da sua temperatura, estabelecendo as bases para a física quântica.
Sua teoria descreve a radiação de uma ampla variedade de objetos, da luz emitida pelas estrelas até a cor de uma bijuteria brilhante, passando pela invisível radiação de calor, que pode ser registrada com câmeras de infravermelho.
Mas, embora a teoria possa ser aplicada a muitos sistemas diferentes, o próprio Planck já sabia que ela não era universal e teria que ser substituída por uma teoria mais geral quando objetos muito pequenos fossem envolvidos.
Esses objetos muito pequenos começaram a ser envolvidos de fato nas pesquisas com o desenvolvimento das nanociências e com a criação das ferramentas para a nanotecnologia.
Em 2009, por exemplo, Sheng Shen e seus colegas do MIT demonstraram que, quando dois objetos muito pequenos ficam próximos o suficiente, abre-se um buraco na Lei de Planck, um fenômeno com possibilidades de aplicação em discos rígidos e na geração de energia termovoltaica:
Lei geral da radiação termal
Agora, a dupla austríaca trabalhou não com distâncias, mas especificamente com a dimensão das partículas, conforme previsto por Planck.
E descobriram que, quando os objetos são menores do que o comprimento de onda da radiação termal, o calor não se irradia da "forma eficiente" verificada nos corpos maiores.
Ao verificar isto experimentalmente, os dois cientistas desenvolveram uma teoria mais genérica da radiação termal.
E não se trata apenas de uma teoria, a descoberta é importante para o gerenciamento do calor em nanodispositivos - nas dimensões que os processadores de computador estão chegando - e para a ciência dos aerossóis, micropartículas que ficam dispersas na atmosfera e que influenciam o clima.
"A radiação térmica de um pedaço de carvão pode ser descrita perfeitamente pela lei de Planck, mas o comportamento das partículas de fuligem na atmosfera só podem ser descritas por uma teoria mais geral, que pudemos agora confirmar em nosso experimento," disse Rauschenbeutel.
Fibras ópticas ultrafinas
O experimento consistiu em enviar luz através de fibras ópticas ultrafinas, com um diâmetro de apenas 500 nanômetros.
Os pesquisadores então mediram a quantidade de energia óptica que foi convertida em calor e, a seguir, irradiada para o ambiente.
"Pudemos mostrar que as fibras levam muito mais tempo para alcançar a temperatura de equilíbrio do que uma simples aplicação da lei de Planck poderia sugerir," disse Rauschenbeutel.
"Entretanto, nossos achados estão em perfeito acordo com a teoria mais geral da eletrodinâmica flutuacional, que permite levar a geometria e a dimensão do corpo em consideração," completou o pesquisador.
O grupo trabalha com fibras ópticas ultrafinas para transportar informações quânticas.
Para isso, é muito importante entender bem o comportamento termal dessas fibras porque qualquer variação no transporte efetivo do calor cria um risco real de que as fibras derretam-se quando os dados são transmitidos.
Bibliografia:

Thermalization via Heat Radiation of an Individual Object Thinner than the Thermal Wavelength
Christian Wuttke, Arno Rauschenbeutel
Physical Review Letters
Vol.: 111, 024301
DOI: 10.1103/PhysRevLett.111.024301

terça-feira, 16 de abril de 2013

A revolução do grafeno


Partindo de experiências com grafite, o grafeno (derivado do carbono, identificado nos anos 1930) substituirá o silício e possibilitará um salto tecnológico sem precedentes. No Brasil, a universidade Mackenzie dá os primeiros passos para desenvolver o material



Pense em acordar e, ao escovar os dentes, ter diante dos olhos, integrada ao espelho do armário, uma interface tecnológica que permitirá acompanhar as notícias do dia, deixar recados ou organizar outras tarefas de casa. Imagine carregar no bolso da calça ou do paletó o próprio computador ou um projetor de 50 polegadas dobrado ou enrolado. E que tal ter um celular que pode ser utilizado como uma pulseira ou dormir na total escuridão em um quarto com janelas cuja transparência pode ser controlada por dispositivos integrados ao vidro, sem o auxílio de cortinas ou persianas? E o melhor, todas essas transformações acrescidas de outras vantagens: a utilização de uma matéria-prima cuja resistência é 200 vezes superior à do aço e, não bastasse, quase transparente, impermeável e extremamente flexível. Pois tudo isso, e muito mais, fará parte da rotina de consumidores globais na próxima década, graças ao grafeno, material de dimensões nanométricas (a milionésima parte de um milímetro), que substituirá o silício e, como seu antecessor, propiciará avanços científicos e tecnológicos sem precedentes, no que está sendo chamado (em alusão ao material que tornou célebre o Vale do Silício, o parque tecnológico da Califórnia, nos Estados Unidos)  “Segunda Revolução Tecnológica”.

Identificado por cientistas na década de 1930, o grafeno é derivado do carbono e sempre teve fins de baixa tecnologia, como a utilização em lubrificantes e para a produção de grafite. Em 2004, estudando possíveis saídas para o esgotamento da Lei de Moore (criada, em 1965, pelo cientista Gordon E. Moore, um dos fundadores da Intel, previu que, a cada dois anos, a capacidade de armazenamento e velocidade dos hardwares dobraria) Andre Geim e Konstantin Novoselov, dois físicos russos que atuam na Universidade de Manchester, na Inglaterra, iniciaram experiências que radicalizariam as possibilidades de aplicação do grafeno. Isolando partículas cada vez menores do material, até chegar a dimensões imperceptíveis a olho nu, os físicos chegaram a um material, bidimensional, como uma folha de papel, composto por átomos de carbono densamente alinhados em uma rede cristalina com formato hexagonal e um átomo de espessura, com alta condutividade térmica e elétrica.

Reprodução de transistor com dimensões nanométricas (a milionésima parte de um milímetro), feito com grafeno. Material substituirá o silício em diversas aplicações tecnológicas

Desde então, os físicos se empenharam para conseguir uma façanha divisora: desenvolver um transistor, feito à base de grafeno, de dimensões nanométricas, que possibilitasse uma aplicação tecnológica capaz de substituir, com uma infinidade de vantagens, o silício – grande responsável pelas pequenas revoluções que vimos surgir de 2000 para cá: os televisores cada vez mais finos, os computadores e smartphones com capacidade de processamento e armazenamento de dados muito superiores aos da década de 1990, a ampliação da banda larga de internet, entre outras. Mas se esses avanços já foram capazes de surpreender milhões de pessoas ao redor do mundo e instaurar novos hábitos de consumo, o que veremos pela frente, com exceção dos carros voadores, faz lembrar o futuro imaginado pelos Jetsons, o desenho da Hannah Barbera que instigou gerações de crianças nos anos 1970 e 80, quando essas tecnologias ainda engatinhavam.
Além das possibilidades tecnológicas, o grafeno também será fundamental para o futuro dos processos industriais e fornecerá novos insumos para automóveis, aeronaves, satélites, células solares e até coletes à prova de bala. No campo da biomedicina e da indústria farmacêutica, o grafeno possibilitará controlar o crescimento de células-tronco, combater tumores, criar remédios com nanorrobôs que serão liberados na corrente sanguínea, além de construir músculos artificiais. Em 2010, em justo reconhecimento da comunidade científica, os dois pesquisadores russos foram agraciados com o Prêmio Nobel de Física.
Grafeno made in Brazil
O maior centro de pesquisas mundiais do grafeno é a Universidade Nacional de Cingapura, que criou uma divisão especialmente dedicada à pesquisa do material, o Graphene Center, conduzido por um brasileiro que é Ph.D. em física, Antonio H. Castro Neto. E a possibilidade do Brasil começar a desenvolver grafeno, ainda nessa década, é bastante factível. A Universidade Presbiteriana Mackenzie está dando os primeiros passos para tornar essa ex­pectativa uma realidade. Em entrevista à Inovação!Brasileiros, o professor Eunézio Antonio de Souza, doutor em Física pela Unicamp (Universidade de Campinas) antecipou a boa nova: “Estamos formando uma equipe experimental para tornar o grafeno um produto também feito no Brasil em um prazo médio de cinco anos. Até lá, espero que a variação seja no quanto estaremos acima dessa meta. O centro terá três frentes: para aplicações em química, engenharia de materiais e fotônica”.

Smartphone conceito da Philips, feito com grafeno, que pode ser utilizado como pulseira
Souza, ou Thoroh, como é chamado por todos na Mackenzie (nome artístico adotado pelo próprio professor que, dado curioso, também é cantor de ópera), é uma autoridade quando o assunto é fotônica, a tecnologia utilizada para a construção de fibras óticas. Thoroh é também especialista em física de lasers, amplificadores ópticos, moduladores de poços quânticos e retina artificial. Estará à frente de um visionário projeto idealizado pelo reitor, doutor Benedito Guimarães Aguiar Neto, que deverá ser desenvolvido pela universidade a partir de 2013. “A pesquisa sobre o grafeno é uma das áreas estratégicas prospectadas por nós, tanto por permitir que aproveitemos todo o potencial existente na universidade quanto pelos benefícios que pode trazer à sociedade e pela contribuição à competitividade do País”, afirma o reitor.
Thoroh fala com entusiasmo sobre o grafeno: “É um elemento milagroso, com características superlativas e específicas, excelente condutividade elétrica, cerca de mil vezes mais rápida que a do silício. Além disso, ele é quase transparente, muito resistente e ao mesmo tempo maleável. Como ele é bidimensional, como uma folha de papel, vai propiciar uma revolução na área que chamamos de eletrônica flexível. Essas aplicações já estão sendo utilizadas por grandes empresas, como IBM, Intel, 3M e Samsung”.


Tradicional na formação de mão de obra para as diversas frentes da engenharia no País, a universidade Mackenzie foi responsável por um avanço recente produzindo uma solução de ponta que já chegou aos lares de milhões de brasileiros, como esclarece Leila Figueiredo de Miranda, doutora em Tecnologia Nuclear pelo Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares – IPEN, da Universidade de São Paulo, e diretora da Escola de Engenharia da Universidade Mackenzie: “Temos um núcleo de pesquisas em TV digital onde foi desenvolvido – em parceria com outras universidades, mas com um grupo de pesquisadores majoritariamente nossos – o modelo para o sistema brasileiro de transmissão digital, que também foi adotado em toda a América Latina”.
Thoroh, que recentemente foi à China participar de um congresso sobre grafeno, dá outras pistas sobre as intenções da universidade, que em 2013, revelará para a comunidade acadêmica o planejamento para a implantação do novo centro de pesquisa. “Buscaremos, em um primeiro momento, explorar as propriedades óticas do grafeno, pois a fotônica é nossa grande especialidade. Vamos nos servir da nanotecnologia para tornar a comunicação ótica mais rápida e fazer uma internet muito mais veloz do que a que temos hoje. Faremos pesquisas para criar dispositivos que serão incorporados a sistemas utilizados nas redes de comunicação que governam o mundo. Poderemos construir lasers baseados em grafeno e já até fizemos isso em nosso laboratório. Investiremos o que for necessário, porque há uma grande projeção de mercado para o Brasil. No País, existem vários grupos trabalhando com nanotecnologia, mas a maioria deles são grupos teóricos. Nosso diferencial é que somos um grupo experimental aplicado. Fazemos tudo com um viés aplicável e temos a potencialidade de formar muitos alunos que vão gerar novos produtos e riquezas para o País. Essas são algumas de nossas metas.”
O desafio de colocar o Brasil no mapa tecnológico internacional também instiga a professora Leila. Para ela, a inserção do País no mercado mundial do grafeno será um marco para as relações comerciais externas e o novo centro de pesquisas da universidade Mackenzie terá um papel fundamental: “O Brasil tem que deixar de ser somente um exportador de commodities. O País não vai crescer plenamente se não desenvolver suas próprias tecnologias. Essas inovações passam pelas diversas áreas da engenharia onde temos tradição consolidada além de uma forte interação com outros centros de pesquisa, como o IPEN, a USP, a Universidade de São Carlos, a Unicamp e a Universidade Federal da Paraíba. Nos últimos 15 anos, fizemos grandes investimentos em pesquisas. Conseguimos patentear soluções utilizadas por empresas como a Magneti Marelli e a Renault e nossos alunos têm grande empregabilidade no mercado. Ontem, foi anunciado o prêmio Nokia-Siemens dedicado a mulheres que atuam na área de tecnologia e, pelo segundo ano consecutivo, uma aluna da universidade foi a vencedora”, comemora ela.
Prever o futuro pode até ser um exercício de subjetividade, mas é fato: ele será escrito com o mesmo grafeno, encontrado em lápis e lapiseiras, que desde crianças nos ajuda escrever a nossa própria história.



segunda-feira, 18 de março de 2013

Nova forma de energia fotovoltaica utiliza metais nanoestrurados.


"Trata-se da primeira solução alternativa radicalmente nova à utilização de semicondutores para a conversão da energia solar em eletricidade", enfatiza o Professor Martin Moskovits, professor de química da Universidade da Califórnia, Santa Bárbara, UCSB (EUA).
Nas técnicas clássicas, a luz do sol atinge a superfície do material semicondutor, no qual uma face é rica em elétrons, enquanto a outra é desprovida. O fóton é uma partícula de luz com a propriedade de excitar os elétrons, obrigando-os a deixarem seus níveis de energia. É este fenômeno que produz uma corrente de partículas carregadas, os elétrons, que podem ser utilizados para múltiplos usos: iluminação, alimentação de baterias ou, ainda, eletrólise da água, para separar oxigênio e hidrogênio.
Mas, na abordagem desenvolvida por Moskovits e sua equipe, não são os semicondutores que produzem a corrente elétrica mas, sim, metais nanoestruturados e, mais precisamente, uma densa malha formada por nanotubos de ouro. Estes últimos foram recobertos por uma camada de dióxido de titânio cristalino, dopados com nanopartículas cristalinas e imersos na água.


Nanotubos de ouro.
Créditos: TU Darmstadt.




Transistores de grafeno para a bioeletrônica.

Poder fundir o Homem e a máquina - a fim de libertar os corpos biológicos de algumas de suas limitações -, é realmente um velho sonho. Referimo-nos, naturalmente, à produção de próteses para restaurar a utilização de um membro perdido ou ainda uma visão falha. Coloca-se, então, o problema da realização de uma interface entre circuitos eletrônicos e células nervosas. A priori, isto é possível, porque o influxo nervoso, o famoso potencial de ação, faz com que intervenham efeitos eletroquímicos.



http://www.lqes.iqm.unicamp.br/canal_cientifico/lqes_news/lqes_news_cit/lqes_news_2013/lqes_news_novidades_1728.html



quarta-feira, 3 de outubro de 2012

Tecnologias emergentes: veja o que o futuro lhe reserva


Tecnologias emergentes
A Fundação Nacional de Ciências dos Estados Unidos divulgou os resultados de sua chamada para o desenvolvimento de tecnologias emergentes.
O anúncio é aguardado como um indicador das tecnologias mais promissoras para o médio e longo prazos, uma vez que a entidade aposta em ideias que já apresentam uma massa crítica significativa, com várias equipes trabalhando simultaneamente nos mesmos conceitos.
Neste ano, foram contempladas três áreas ligadas à nanotecnologia, que serão desenvolvidas por 68 pesquisadores de 26 instituições diferentes.
As equipes vão receber os recursos necessários para prosseguir em seus projetos em três áreas emergentes: sistemas eletrônicos flexíveis, projetos de materiais e estruturas automontantes e autodobráveis e otimização da fabricação de produtos químicos em larga escala a partir da fotossíntese.
Os resultados prometem melhorar a saúde humana, otimizar os sistemas de engenharia e fabricação e garantir a sustentabilidade energética.
Tecnologias emergentes: veja o que o futuro lhe reserva
eletrônica flexível é promissora pela possibilidade de interligar o poder da eletrônica com o biológico, sobretudo com o corpo humano. [Imagem: J. Rogers/University of Illinois]
Sistemas bioeletrônicos flexíveis
Alguns dos potenciais da eletrônica flexível foram demonstrados recentemente com a criação decircuitos eletrônicos biodegradáveis, que dissolvem no corpo, e de umapele eletrônica ativa capaz de monitora e controlar a saúde.
Agora, quatro equipes pretendem desenvolver novas capacidades para que a eletrônica ajude a cuidar ainda mais da saúde.
Integrando a microeletrônica com substratos adaptáveis, esses sistemas bioeletrônicos flexíveis vão interagir diretamente com o corpo para levar o monitoramento e os tratamentos médicos a um nível sem precedentes.
Os pesquisadores vão desenvolver novos equipamentos e novos materiais flexíveis, interfaces entre aparelhos eletrônicos e materiais biológicos e novas abordagens de integração de sistemas.
Os novos conceitos deverão atender a requisitos de biocompatibilidade, peso, consumo de energia, escalabilidade e custo.
Os projetos visam alguns resultados específicos, como detecção de tumores, cicatrização de ferimentos e identificação de toxinas e bactérias.
"As equipes trabalharão também com técnicas avançadas de escalabilidade, de modo que, no futuro, os sistemas bioeletrônicos flexíveis possam ser amplamente disponíveis a baixo custo," disse Usha Varshney, coordenadora da área.
Tecnologias emergentes: veja o que o futuro lhe reserva
A arte do origami está inspirando os cientistas a reinventarem os processos fabris. [Imagem: Daniela Rus/MIT]
Origami e automontagem
Um segundo conjunto de equipes vai explorar a dobragem e o desdobramento de materiais e estruturas para criar sistemas de multifuncionais que se montem sozinhos.
Os oito projetos financiados terão por base princípios e padrões da arte do origami, a fim de projetar estruturas que possam fazer a transição entre duas e três dimensões - passar de folhas (2D) para objetos (3D).
No processo, os pesquisadores também vão abordar os desafios na modelagem de projetos e comportamentos complexos, na migração da escala de laboratório para a escala industrial e no trabalho dos materiais ativos, ou "materiais inteligentes".
Materiais ativos são aqueles que podem mudar sua forma, tamanho e/ou propriedades físicas, mediante mudanças de temperatura, pressão, campos eletromagnéticos e outros aspectos de seu ambiente.
Com esses materiais, os pesquisadores planejam criar estruturas e sistemas inteiros partindo de peças individuais que sejam flexíveis, elásticas e resistentes.
"Engenheiros, cientistas, artistas e matemáticos vão trabalhar em conjunto para descobrir como criar estruturas simples que possam colapsar ou se montar, e até mesmo de alterar funções conforme desejado," disse Clark Cooper, coordenador da área de projetos de origami.
Segundo ele, as tecnologias que serão desenvolvidas deverão ter impactos tão diversos quanto no armazenamento de informações, em estruturas aeroespaciais e em dispositivos médicos.
Tecnologias emergentes: veja o que o futuro lhe reserva
As biorrefinarias, ou biofábricas, já funcionam bem como conceito em biochips, mas a ideia agora é torná-las viáveis em escala industrial. [Imagem: Arum Han/TA&M University]
Biorrefinarias fotossintéticos
O terceiro conjunto de equipes vai investigar o uso, em larga escala, de microrganismos que usam a energia solar para produzir produtos químicos e combustíveis a partir do dióxido de carbono (CO2).
Algumas algas unicelulares, por exemplo, utilizam a fotossíntese para converter dióxido de carbono atmosférico e água em lipídeos e hidrocarbonetos - o petróleo, o carvão e o gás natural, por exemplo, são hidrocarbonetos.
Entretanto, a viabilização das "biorrefinarias" baseadas na fotossíntese artificial - que possam realizar esse processo em escala industrial - precisam primeiro superar desafios significativos, incluindo a baixa produtividade e a sustentabilidade ambiental.
Os pesquisadores também vão explorar formas de obter vários compostos de alto valor agregado, seja usando uma matriz de microrganismos, seja pela combinação de processos biológicos com catálise química.
Cada projeto deverá buscar a eficiência e a sustentabilidade por várias vias, por exemplo, através da utilização de águas residuais como uma fonte de nutrientes de baixo custo para os microrganismos.
Referencias.




Criada célula solar com uma única molécula




Célula solar molecular

O fotossistema-I é excitado opticamente por um eletrodo (no alto). Cada elétron é transferido passo a passo em apenas 16 nanossegundos.[Imagem: Christoph Hohmann/Nanosystems Initiative Munich]


Proteína fotossintética
Pesquisadores alemães construíram uma célula solar molecular, formada por uma única proteína fotossintética.
As proteínas recebem os fótons da luz solar e liberam correntes de elétrons de forma muito eficiente.
A molécula utilizada é conhecida como centro de reação fotossintética-I, essencialmente uma clorofila encontrada nas membranas dos cloroplastos de cianobactérias.
Plantas, algas e algumas bactérias usam a fotossíntese para converter a energia solar na energia química que precisam para viver.
Joachim Reichert e seus colegas da Universidade Técnica de Munique estão estudando os primeiros passos desse processo, quando a luz é absorvida e os elétrons são liberados.
O objetivo final do estudo é criar formas de imitar esse processo, por meio de mecanismos conhecidos como fotossíntese artificial.
Imitação celular
Até agora, ninguém havia conseguido montar experimentos sensíveis o suficiente para medir as fotocorrentes geradas por uma única proteína.
A equipe alemã fez isto conectando a proteína a eletrodos de ouro por meio de grupos cisteína. A seguir, eles usaram a ponta de um microscópio de rastreamento para medir a corrente.
O experimento dá informações importantes sobre os sistemas fotossintéticos naturais, o que pode ajudar a projetar sistemas artificiais que imitem o mecanismo.
Contudo, dificilmente essas células solares moleculares se tornarão a base para sistemas práticos de geração de energia.
Isso porque as proteínas são muito sensíveis, degradando-se rapidamente fora de suas condições naturais nos organismos vivos.
Bibliografia:

Photocurrent of a single photosynthetic protein
Daniel Gerster, Joachim Reichert, Hai Bi, Johannes V. Barth, Simone M. Kaniber, Alexander W. Holleitner, Iris Visoly-Fisher, Shlomi Sergani, Itai Carmeli
Nature Nanotechnology
Vol.: Published online
DOI: 10.1038/nnano.2012.165

segunda-feira, 17 de setembro de 2012