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Como tem sido o uso da nanotecnologia na química analítica?

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A química analítica vem mudando significativamente nas últimas décadas devido ao desenvolvimento tecnológico em diferentes áreas.

Assim, as técnicas analíticas se beneficiaram muito com o desenvolvimento da nanotecnologia, pois as nanopartículas e as nanoferramentas estão continuamente atraindo a atenção em processos analíticos baseados em nanotecnologia.

Mais especificamente, os nanomateriais têm um grande impacto no processo de preparação de amostras em uma variedade de aplicações: desde a análise ambiental e de alimentos até aplicações bioanalíticas. O uso de nanotecnologia na química analítica também é importante para atender ao apelo urgente de processos ecologicamente corretos.

Vamos dar uma olhada panorâmica em como está esse cenário?

Evolução da nanotecnologia na química analítica

Só para nos situarmos, a nanotecnologia é a ciência de manipular átomos em escala nanométrica (1 nm = 10 -9 m), criando uma nova estrutura organizacional que apresenta diferentes comportamentos e propriedades dos materiais atualmente conhecidos.

Desde a última década, a nanotecnologia tem adquirido destaque em diversos campos da ciência. Aliás, ela está cada vez mais inserida em nosso dia a dia, sendo utilizada como matéria-prima em cosméticos e materiais farmacêuticos e na fabricação de embalagens, entre outras aplicações.

Além disso, por ser uma tecnologia multidisciplinar, ela é em diversas áreas, como Física, Química, Biologia e Medicina. Embora o escopo da nanotecnologia seja vasto, os grandes destaques estão no desenvolvimento da nanoeletrônica.

A pesquisa em nanociência e nanotecnologia se desenvolveu amplamente a ponto de hoje haver uma grande variedade de nanoferramentas e nanomateriais que fornecem aplicações interessantes na maioria das áreas da ciência e da tecnologia. Particularmente, a disponibilidade de materiais e métodos produzidos em escala nanométrica, com possibilidades variadas de funcionalização, tornou-os muito atrativos para aplicações em química analítica.

Nanoestruturas para manipulação de sistemas biológicos

As nanoestruturas são utilizadas para criar nanodispositivos específicos para a manipulação de sistemas biológicos em nível molecular, e é isso que atualmente define a nanomedicina. Até agora, a integração de nanopartículas com a biologia levou ao desenvolvimento de dispositivos de diagnóstico, agentes de contraste, aplicações de terapia avançada, terapia de entrega de drogas e abordagens de imagem.

A nanomedicina oferece muitas vantagens na prática clínica diária, levando em consideração a abordagem não invasiva das amostras utilizadas, tempos de reação rápidos, especificidade e sensibilidade que as nanopartículas podem oferecer. Nesse sentido, essas vantagens nos levarão mais perto da construção de nanodispositivos móveis de ponto de atendimento.

Nanofios para diagnóstico médico

Dispositivos baseados em nanofios fornecem plataformas gerais poderosas para a detecção elétrica direta ultrassensível de espécies biológicas e químicas. Os nanofios podem ser colocados em um canal microfluídico e, à medida que as partículas fluem pelo canal microfluídico, os sensores de nanofios captam as assinaturas moleculares dessas partículas e retransmitem as informações para um analisador de sinal.

Esses sistemas podem detectar a presença de genes alterados associados à doença e podem ajudar os pesquisadores a identificar a posição dessas alterações genéticas

Nanochips para identificar assinaturas moleculares

Um nanobiochip é composto por biomoléculas integradas ou estruturas artificiais biologicamente ativas geralmente menores que as das células. O chip contém microarrays, que são locais de miniteste, em uma superfície sólida, e isso permite que vários testes sejam realizados simultaneamente. Portanto, a identificação de uma assinatura molecular específica, que será única para o diagnóstico, pode ser feita por meio de milhares de reações bioquímicas sendo realizadas no nanobiochip.

A identificação e quantificação de uma variedade de moléculas serão permitidas por meio da combinação de nanotecnologias, como nanofluidos e nanobiossensores com biochips, e isso levará à geração de futuros in vitro, dispositivos baseados em chip de diagnóstico.

Nanotecnologia e weareables

O número e a variedade de tecidos inteligentes e dispositivos eletrônicos vestíveis aumentaram significativamente nos últimos anos, pois oferecem melhorias para o conforto, saúde e bem-estar humanos. Eletrônicos de silício de baixa potência vestíveis, diodos emissores de luz (LEDs) fabricados em tecidos, têxteis com baterias de íon de lítio integradas (LIB) e dispositivos eletrônicos, como óculos inteligentes, relógios e lentes, foram amplamente investigados e comercializados (por exemplo, Google Glass e Apple Watch).

Há uma demanda crescente por eletrônicos vestíveis de indústrias como:

• monitoramento e diagnóstico médico e de saúde;

• vestuário desportivo e monitorização de fitness (bandas);

• eletrônicos de consumo, como relógios inteligentes, óculos inteligentes e fones de ouvido;

• rastreadores GPS militares, equipamentos (capacetes) e robôs vestíveis;

• vestuário e calçado inteligente na moda e no desporto;

• segurança no trabalho e fabricação.

No entanto, muitas melhorias em sensores, eletrônicos flexíveis e imprimíveis e dispositivos de energia são necessárias para uma implementação mais ampla, e os nanomateriais e/ou seus híbridos estão permitindo a convergência da próxima fase de têxteis, eletrônicos e informática. Eles estão abrindo o caminho para a integração de componentes eletrônicos e sensores (por exemplo, calor e umidade) em tecidos de alta resistência, flexíveis e eletricamente condutores com armazenamento de energia e capacidade de colheita, funções biológicas, propriedades antimicrobianas e muitas outras novas funcionalidades.

Nanomateriais para cosméticos

Os nanomateriais têm sido usados para tentar melhorar o desempenho de uma ampla gama de produtos, desde cremes hidratantes e antienvelhecimento a cuidados com os cabelos. A maioria dos principais fabricantes de cosméticos tem, pelo menos, alguns produtos “nano-aprimorados” em sua linha. Os dois principais usos das nanopartículas em produtos cosméticos são a filtragem UV e a entrega de ingredientes ativos.

O dióxido de titânio e o óxido de zinco são usados extensivamente em filtros solares para evitar danos UV à pele — as nanoformulações desses materiais têm mostrado repetidamente fornecer um desempenho muito melhor do que partículas maiores, refletindo a luz visível e absorvendo UV com eficiência muito alta.

Uma ampla gama de nanoestruturas foi proposta como mecanismos de entrega de ingredientes cosméticos em hidratantes, cremes antienvelhecimento e outros produtos para a pele — de nanopartículas de lipídios a polímeros dendríticos ou hiper-ramificados. Novamente, esses materiais nanoestruturados mostram uma entrega muito mais eficiente do ingrediente ativo às células da pele.

As nanopartículas lipídicas são particularmente eficazes, pois podem fundir-se com a bicamada lipídica nas membranas celulares, facilitando a entrega de compostos que, de outra forma, não seriam capazes de entrar na célula. Elas e os biopolímeros dendríticos fornecem o benefício adicional de serem totalmente atóxicos e biocompatíveis. Isso contrasta com as nanopartículas de metal e óxido de metal.

Num futuro próximo, a abordagem médica e o diagnóstico certamente mudarão dramaticamente. Sensores e dispositivos em nanoescala podem fornecer um monitoramento médico contínuo pessoal e econômico da saúde do paciente.

Em nanoescala, também podem oferecer suporte a uma previsão aprimorada no estágio inicial de doenças como câncer ou inflamações. Futuros sistemas de sensores serão capazes de usar múltiplos fenômenos físicos para detectar muitos biomarcadores simultaneamente.

Por fim, outras perspectivas para a nanotecnologia na química analítica incluem a miniaturização de tecnologia que permitirá a associação de nanoferramentas (NPs, lipossomas, pontos quânticos) com nanodispositivos (nanofios, biochips).

 

 

 

 

 

Fonte: Talk Science 18.01.2021

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