As nanopartículas sempre existiram e seu uso está em nosso meio sem percebermos. Com a chegada das técnicas de observação e análise, surgiu o conceito de nanotecnologia, que é a síntese, o estudo, a análise e a aplicação de nanoestruturas ou materiais nanoestruturados para a melhoria de equipamentos, aumento da eficiência de processos e o desenvolvimento de novas aplicações que não se tinha acesso sem o controle destas dimensões – afirma Ronaldo Domingues Mansano, professor associado do Laboratório de Sistemas Integráveis do Departamento de Engenharia Eletrônica da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (Poli USP) e coordenador do Grupo de Nanotecnologia Aplicada e Novos Dielétricos.
A nanotecnologia é a construção de estruturas e materiais pela manipulação da matéria em escala atômica, molecular e supramolecular. Desenvolvida no Japão, ela pode ser aplicada em todas as áreas do convívio humano. "Sua descrição mais antiga diz respeito ao objetivo específico de se tentar manipular com precisão átomos e moléculas para fabricar produtos em escala macro. Outra descrição posterior, estabelecida pela Iniciativa Nacional de Nanotecnologia, define a nanotecnologia como a manipulação da matéria com pelo menos dimensão de 1 a 100 nanômetros" – conta Daniel Minozzi, co-founder e CMO (chief marketing officer) da Nanox.
Nessa escala, os efeitos da mecânica quântica são importantes. "Portanto, passou-se de um objetivo tecnológico específico para uma categoria de pesquisa mais ampla. Incluem-se aqui todos os tipos de pesquisa e tecnologias que lidam com as propriedades especiais da matéria que ocorrem abaixo do limite de 100 nm" – explica Minozzi.

Nanotecnologias
Minozzi diz que é comum ver no plural "nanotecnologias" para se referir ao amplo espectro de pesquisas e aplicações cujo traço comum é o tamanho da matéria. Além de ser um tema de pesquisa multidisciplinar, envolve Ciências, como Física, Química, Matemática, Biologia e Engenharias "diversas", todas associadas durante uma pesquisa. "É um tema muito recente de estudo quando comparado com outras linhas de pesquisas mais maduras e estão começando a surgir aplicações ao mercado. Tudo muito recente e ainda com grandes potenciais estratégicos ligados às diversas áreas das ciências aplicadas" – enfatiza.
Outro aspecto, de acordo com ele, é que a nanotecnologia abre vários campos de estudo mais específicos: ciência de superfície, química orgânica, biologia molecular, física de semicondutores, armazenamento de energia, microfabricação, engenharia molecular, entre outros. "As pesquisas e aplicações associadas são diversas, mudando a física convencional de dispositivos até abordagens completamente novas de automontagem molecular com base nos princípios quânticos. Trabalha também conhecimentos desde o desenvolvimento de novos materiais com dimensões em nanoescala até o controle direto da matéria na escala atômica" – ressalta Minozzi.
A nanotecnologia não é somente uma estrutura ou partícula menor. Ela constitui-se de materiais ou estruturas que, com a redução de suas dimensões, apresentam aumento ou mudanças significativas nas suas propriedades químicas ou físicas, melhorando sua performance quando empregadas em equipamentos, processos etc. "Em todas as áreas, encontramos possíveis aplicações de materiais nanoestruturados ou melhorias obtidas com a redução das dimensões das partículas. Há um número infinito de aplicações e pesquisas com nanotecnologia em andamento tendo como foco a melhoria de um produto, processo ou material" – afirma o prof. Mansano, da Poli USP.
Atualmente, existem várias aplicações da nanotecnologia em diversas áreas, desde ambientais, saúde, agricultura, construção civil, estruturas de máquinas, cosméticos, energia e até em entretenimento e na tecnologia da informação (equipamentos, mídias etc.). O prof. Mansano cita algumas dessas aplicações:
• Ambiental: destacam-se as nanopartículas de metais, em especial, o alumínio, utilizadas como catalisadores em flotação; as cerâmicas com nanoporos empregadas em filtragem da água; e os materiais catalíticos usados no escapamento dos automóveis e nas chaminés das indústrias;
• Saúde: dispõem-se dos sistemas de dugs delivery, que são nanopartículas que transportam os medicamentos até o local de sua atuação; e as nanopartículas utilizadas em radioterapia e, em alguns casos, na ressonância magnética;
• Agricultura: além dos métodos usados para purificação e reaproveitamento da água, existem fertilizantes baseados em nanoestruturas obtidos por rotas químicas e coberturas de nanoestruturas para plantações para reduzir a incidência de raios solares e o tamanho das gotas de chuva;
• Construção civil: há o reforço do cimento com nanotubos de carbono; a incorporação de nanofios no concreto; o uso de nanopartículas metálicas nos pigmentos das tintas; e as janelas inteligentes com materiais que mudam a transparência com a incidência da luz;
• Cosméticos: utilizam nanopartículas como bloqueadores solares, pigmentos e adstringentes;
• Energia: existem os lubrificantes sólidos utilizados em turbinas que são nanoestruturas de carbono ou poliméricas, os supercapacitores, as esponjas moleculares para armazenamento de hidrogênio, as nanopartículas usadas como catalisadores eletroquímicos em baterias, células de combustível e os materiais eletrocrômicos em células solares;
• Circuitos integrados: área presente em todas as outras que pode ser observada nos sistemas industriais, de controle, comunicação, computadores e celulares. Os circuitos integrados são considerados submicrométricos devido às camadas que os compõem e, hoje em dia, devido às altas velocidades de comunicação e processamento, têm dimensões nanométricas.

A nanotecnologia permite o desenvolvimento de novos materiais na escala nanométrica – comparativamente, 100 nm é mil vezes menor que a espessura de um fio de cabelo – que apresentem propriedades diferenciadas em relação aos materiais na micro e macroescala. "Entre elas, incluem-se a grande razão área superficial/volume, a possibilidade de funcionalização química e a maior reatividade química" – ressalta o pesquisador Daniel Souza Corrêa da Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária – Embrapa Instrumentação (São Carlos – SP), que aborda abaixo as aplicações da nanotecnologia na agropecuária:
• Desenvolvimento de fertilizantes na escala nanométrica que podem disponibilizar macro e micronutrientes no solo de forma mais eficiente;
• Novas vacinas para o controle de zoonoses que empregam princípios ativos nanoencapsulados que podem ser entregues no alvo receptor, evitando efeitos colaterais;
• Novas enzimas nanoengenheiradas para a produção de etanol de segunda geração a partir de bagaço de cana e outros resíduos;
• Novos métodos e instrumentação para a produção de alimentos seguros, como embalagens ativas que aumentam o tempo de prateleira do alimento e impedem e/ou retardam eventual contaminação microbiológica;
• Dispositivos sensores capazes de monitorar e avaliar a qualidade de água e de alimentos em relação à presença de contaminantes diversos e também sensores para monitorar zoonoses e doenças em plantas;
• Revestimentos comestíveis nanoestruturados que possam aumentar o tempo de prateleira de frutos e carnes;
• Nanopartículas para o controle de doenças e incidência de pestes em plantas etc.
Hoje, buscam-se novos sistemas nanoestruturados para as aplicações mencionadas que apresentem melhor desempenho e mais baixo custo. "Mas que sejam sustentáveis e ambientalmente corretos dentro do contexto da nanotecnologia ‘verde’, ou seja, que demandem menor quantidade de insumos e gerem menor quantidade de resíduos nos processos de produção, reduzindo o impacto à saúde do homem e ao meio ambiente" – aponta Corrêa.

Convergência
"As novidades que temos são as novas funcionalidades que observamos ao atingir dimensões nanométricas" – aponta o Prof. Mansano. Por exemplo, um catalisador químico com dimensões nanométricas tem maior área de interação com o ambiente, aumentando a sua eficiência. "Isso é observado pela cada vez maior potência obtida nas baterias, baterias elétricas com dimensões e massa menores que permitem maior autonomia dos carros elétricos e durabilidade dos automóveis, o que reduz o descarte" – relata.
Ele cita o surgimento e a popularização dos veículos elétricos de baixo custo, células solares que trabalham na penumbra e células de combustível com rendimentos elevados. Na construção civil, tintas que não escorrem e reduzem o aquecimento ou a perda de calor, diminuindo o custo da climatização.
Existem ainda novos medicamentos que atuam somente na doença. Um bom exemplo, segundo o prof. Mansano, são os nanotubos de carbono com nanopartículas de ferro que podem ser deslocados por campo magnético, por um equipamento de ressonância, até um aglomerado de células com câncer e com pulsos de laser de infravermelho destruírem estas células. "As mesmas estruturas podem transportar medicamentos ou radioisótopos a regiões específicas do corpo e melhorar a eficiência dos remédios, reduzindo a dosagem e os efeitos colaterais" – conta.
De acordo com o prof. Mansano, hoje uma pessoa ou grupo de pessoas que tem pesquisas ou projetos nas áreas de materiais – eletrônicos, estruturais, mecânicos e construção civil – ou qualquer área da Engenharia, Física, Química e Farmácia não consegue se desvencilhar da nanotecnologia. Ela aparece como objeto de estudo/pesquisa, ferramenta, insumo ou está escondida nos equipamentos que são utilizados – computadores, microscópios eletrônicos etc.
"É comum você encontrar centros de estudos em nanopartículas que desenvolvem aplicações em todas as áreas citadas. O mesmo ocorre na indústria automotiva e de entretenimento, em que temos a nanotecnologia nos materiais que fazem parte dos componentes eletrônicos, nas baterias e nas telas de computador ou TV" – salienta.
Na construção civil, têm-se como exemplos os sistemas de distribuição e filtragem do gás, os materiais estruturais, os painéis solares, os plásticos utilizados nas tubulações e nos interruptores. Além disso, as fontes alternativas de energia já incorporadas ao projeto dos condomínios, as coberturas, as janelas inteligentes que usam vidros especiais que são utilizados em óculos, filtros fotográficos, os pigmentos aplicados nos cosméticos, tintas automotivas etc.
"As vantagens do uso de nanotecnologia em todas essas áreas são claras: reduz o custo, melhora a eficiência, obtêm-se propriedades não observadas no mundo macroscópico, diminui o consumo de materiais e de energia, facilita o reaproveitamento e a reciclagem e, em especial, melhora a saúde, contribuindo com a qualidade de vida das pessoas" – afirma o Prof. Mansano.
"Existe uma convergência para a qual os produtos tendem a ser mais eficientes, leves e duráveis. É um caminho importante contra a escassez dos recursos naturais e o desenvolvimento social" – destaca Marcelo Bueno, gerente regional membrane technology da Toray do Brasil. Por isso, os avanços nessa área são inúmeros e Bueno cita alguns:
• Transformar água do mar em água potável com baixo consumo energético;
• Apoiar a análise genética para promover avanços médicos;
• Fomentar a evolução da nova geração de carros ecológicos;
• Produzir vestuário funcional de origem vegetal;
• Aumentar o prazo de validade dos alimentos para reduzir o desperdício, entre outros.

"Será que existiriam os smartphones e memórias flash sem nanotecnologia, acredito que não! Revoluções tecnológicas vêm se instalando e podemos acompanhar os impactos positivos em produtos, prevalecendo-se do conhecimento e do uso da nanotecnologia, que sempre está tentando trazer algo de maior viabilidade e eficiência nas aplicações" – afirma Minozzi, da Nanox. Ele destaca outros exemplos de aplicações:
• Produtos de desinfecção mais eficientes e menos tóxicos para o ambiente, processos industriais, alimentos e saúde, seus materiais e de diagnósticos;
• Produtos aplicados em materiais de construção civil que os tornam mais duráveis e com maior resistência;
• Novas propriedades de barreiras a gás e a microorganismos em embalagens de alimentos e produtos especiais;
• Em cosméticos e fármacos, novos princípios ativos e melhor desempenho e especificidade de atividades localizadas;
• Produtos com menos solventes e graxas e melhor absorção dos tecidos para se usar menos e com melhor controle;
• No caso de energia, o uso de nanotecnologia em células fotovoltaicas para melhorar seus desempenhos e em baterias mais eficientes.

Desafios
O desafio relaciona-se mais ao ineditismo da nanotecnologia. "Os mecanismos de controle também em escala nano devem ser desenvolvidos e aplicados, evitando algum tipo de contaminação ou poluição por estas nanopartículas ou mesmo em aplicações que possam fugir da ética humana" – aponta Bueno, da Toray.
Seu uso indiscriminado pode gerar uma poluição nova da qual não se conhecem as consequências. "Um grande desafio é observar como os resíduos desta tecnologia afetam o ambiente e a saúde, pois algumas destas nanopartículas podem comprometer o sistema respiratório ou circulatório das pessoas ou dos animais" – adverte o prof. Mansano, da Poli USP.
O prof. Mansano faz uma análise dos desafios que o País enfrenta neste setor. Para ele, o acesso à tecnologia centraliza o poder industrial em algumas empresas/países e hoje existe uma demanda crescente dos materiais nanoestruturados. "Podemos ficar com uma enorme dependência econômica de alguns países que desenvolvem tecnologias de produção de nanomateriais. A redução do investimento em pesquisa e na pós-graduação, em especial no Brasil, nos torna dependente de importar conhecimento e tecnologia. Outro fator é que há falta de regulamentação do setor produtivo do País, que não tem uma política específica para nanomateriais. Não há também uma política governamental clara de incentivo aos laboratórios e universidades para o desenvolvimento e aplicação de nanomateriais e a implantação de indústrias de desenvolvimento e produção de nanomateriais, que serão o insumo básico para as tecnologias do futuro" – alerta o prof. Mansano.
Outro desafio que se coloca para o uso da nanotecnologia em algumas áreas é a necessidade de escalonamento da tecnologia.
"O aumento de escala de produção das tecnologias e processos nanotecnológicos, com custo praticável, de modo para ser adotado pelo setor agronômico produtivo e industrial e pelos consumidores finais, sempre levando em conta a redução de riscos e impactos ambientais" – salienta Corrêa, da Embrapa.

Pesquisa e inovação
A Toray, multinacional japonesa, investe muito em pesquisa e desenvolvimento (R&D) da nanotecnologia e avançou nesta área muito antes do "boom Nanotech". A empresa ganhou o prêmio (Materiais) na "Nano Tech 2006", maior programa internacional de exposições e conferências de nanotecnologia do mundo. Com o lema que "Produtos inovadores só vêm com materiais inovadores", a empresa utiliza a química como foco de sua busca pela inovação, integrada com nanotecnologia e outras tecnologias de núcleo Toray para criar materiais avançados.
A Nanoalloy^®, por exemplo, oferece grandes melhorias em relação a outros materiais porque forma uma estrutura de liga de polímero que combina vários polímeros em escala nanométrica (um bilionésimo de metro) para fazer a liga. Exibe alto desempenho e funcionalidade em polímeros que não poderiam ser alcançados em ligas convencionais de mícrons (um milionésimo de metro). Além disso, sua estrutura dispersa vários polímeros em escala nanométrica, formando uma estrutura tridimensional.

Outra tecnologia da Toray, a Nano-Fiber, produz um fio único com diâmetro de fibra de várias dezenas de nanômetros. Com área de superfície bem maior que a das fibras convencionais, dispõe de funções potenciais na superfície da fibra, atendendo várias aplicações. Com diâmetro da fibra de 20-150 nm, produz em massa usando o método de fiação por fusão e permite flexibilidade estrutural, absorção e retenção de água, entre outros.
O novo Filme Nano-multicamada, quando comparado a outros produtos, apresenta elasticidade, resistência, resistência ao calor e estabilidade dimensional e é extremamente difícil de rasgar, cerca de 40 vezes resistente ao rasgo, além da sua transparência. Seu uso se expande hoje a revestimentos adesivos para janelas, materiais de construção, monitores de tela plana, materiais eletrônicos, entre outros.
O Picasus é um filme lançado pela Toray que gera brilho metálico sem o uso de metal.
O material é maleável e pode ser integrado com uma moldagem plástica. Elimina processos de plaqueamento ou pintura, reduzindo a carga ambiental. Ideal na decoração de celulares e gabinetes de computador. Com tecnologias nanomulticamadas de alta precisão, este filme oferece ainda alta permeabilidade às ondas de rádio, resistência ao calor e química, desempenho químico e de impressão e propriedades da superfície.

Contatos
Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária – Embrapa: www.embrapa.br
Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (Poli USP): www.poli.usp.br
Nanox: www.nanox.com.br
Toray: www.toray.com.br