O documento discute a nanotecnologia "verde", incluindo uma breve história da nanotecnologia, o que é possível fazer com a nanotecnologia, por que a nanoescala é importante e estudos sobre a toxicidade e biodisponibilidade de nanopartículas no ambiente e em organismos vivos. O documento também aborda sínteses mais ecológicas de nanopartículas usando plantas e microrganismos.

1. Nanotecnologia “verde” (Green nanotechnology)
Seminário apresentado para a
disciplina de Química Ambiental
Professora Isabel
Aluno Thiago Ribeiro
Rio de Janeiro, 22 de Setembro de 2015

2. O que é nano?

3. O que é nano?

4. Um pouco de história
- 3,5 bilhões de anos atrás – As primeiras células vivas aparecem. As
células possuem biomáquinas nanométricas.

5. Um pouco de história
- Século IV A.C. – Cálice de Lycurgus. Feito de vidro e impregnado com
nanopartículas de ouro. Verde quando reflete a luz (como a luz do sol) e
vermelho quando transmite a luz (fonte dentro do cálice).

6. Um pouco de história
- 1905 – Albert Einstein publica um artigo onde estima que o diâmetro de
uma molécula de açúcar é de cerca de um nanômetro.
- 1931 – Foi desenvolvido o microscópio eletrônico (Trasmissão,
Varredura e Tunelamento).

7. Um pouco de história
- 1959 – O físico Richard Feynman em uma palestra intitulada "Há mais
espaços lá embaixo", sugeriu a manipulação dos átomos como
forma de construir novos materiais.

8. O que é possível fazer?

9. O que é possível fazer?

10. - Efeitos Quânticos: Síntese em nanoescala permite mudar propriedades
micro e macro dos materiais sem mudar composições químicas (Física
Newtoniana → Mecânica Quântica). Podem ter novas propriedades,
como condutividade elétrica, elasticidade, maior resistência, cor diferente
e maior reatividade. Ex: nanotubos.
Por que a nanoescala é tão importante?

11. - Área de Superfície: Componentes na nanoescala possuem área de
superfície muito maior com relação ao volume; ideal para uso em
materiais compósitos, sistemas reatores, medicamentos e
armazenamento de energia. Ex: nanocatalizador (Mais reativos, mais
superfície de contato).
Por que a nanoescala é tão importante?

12. Por que a nanoescala é tão importante?

13. Mas…………..

14. Estudos sobre biodisponibilidade e toxicidade de nanopartículas
- Os nanotubos de carbono são considerados potencialmente tóxicos,
devido à sua semelhança com amianto e fibras cancerígenas. Espera-se
que sejam biologicamente persistentes no corpo.
- Há também as nanopartículas magnéticas, que são amplamente
utilizadas (por exemplo, na remediação de águas contaminadas). Sob a
forma de SPIONs (óxido de ferro superparamagnético) são tóxicas, pois
têm a capacidade de agregar devido à sua forma e tamanho.
Fonte: Roy, Nidhija, et al. "Green synthesis of silver nanoparticles: an
approach to overcome toxicity." Environmental toxicology and
pharmacology 36.3 (2013): 807-812.

15. Estudos sobre biodisponibilidade e toxicidade de nanopartículas
- Em ambiente aquático:
- A aglomeração, agregação e precipitação de nanopartículas na água do
mar resultaria na deposição das nanopartículas sobre biofilmes de
sedimentos, talvez com subsequente acumulação nos sedimentos e
exposição aos organismos.
Fonte: Klaine, Stephen J., et al. "Nanomaterials in the environment:
behavior, fate, bioavailability, and effects." Environmental Toxicology
and Chemistry 27.9 (2008): 1825-1851.

16. Estudos sobre biodisponibilidade e toxicidade de nanopartículas
Fonte: Klaine, Stephen J., et al. "Nanomaterials in the environment:
behavior, fate, bioavailability, and effects." Environmental Toxicology
and Chemistry 27.9 (2008): 1825-1851.

17. Estudos sobre biodisponibilidade e toxicidade de nanopartículas
Fonte: Klaine, Stephen J., et al. "Nanomaterials in the environment:
behavior, fate, bioavailability, and effects." Environmental Toxicology
and Chemistry 27.9 (2008): 1825-1851.

18. Estudos sobre biodisponibilidade e toxicidade de nanopartículas
- Em ambiente aquático:
- Os microrganismos são de grande importância ambiental, porque eles
são a base dos ecossistemas aquáticos e prestam serviços ambientais
fundamentais que vão desde a produtividade primária à ciclagem de
nutrientes e decomposição de resíduos. Consequentemente, a
compreensão da toxicidade das nanopartículas aos micróbios é um bom
indicador dos impactos das nanopartículas ao meio ambiente.
Fonte: Klaine, Stephen J., et al. "Nanomaterials in the environment:
behavior, fate, bioavailability, and effects." Environmental Toxicology
and Chemistry 27.9 (2008): 1825-1851.

19. Estudos sobre biodisponibilidade e toxicidade de nanopartículas
Fonte: Klaine, Stephen J., et al. "Nanomaterials in the environment:
behavior, fate, bioavailability, and effects." Environmental Toxicology
and Chemistry 27.9 (2008): 1825-1851.

20. Estudos sobre biodisponibilidade e toxicidade de nanopartículas
Fonte: http://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=25655.php

21. Estudos sobre biodisponibilidade e toxicidade de nanopartículas
- Em ambiente terrestre:
- Foi relatada a toxicidade de nanopartículas de alumínio no crescimento
das raízes de cinco espécies de plantas (repolho, cenoura, milho, pepino
e soja) expostas a suspensões aquosas das nanopartículas de alumínio,
mas apenas em concentrações elevadas (2.000 mg/L).
Fonte: Klaine, Stephen J., et al. "Nanomaterials in the environment:
behavior, fate, bioavailability, and effects." Environmental Toxicology
and Chemistry 27.9 (2008): 1825-1851.

22. Estudos sobre biodisponibilidade e toxicidade de nanopartículas
Fonte: Klaine, Stephen J., et al. "Nanomaterials in the environment:
behavior, fate, bioavailability, and effects." Environmental Toxicology
and Chemistry 27.9 (2008): 1825-1851.

23. Estudos sobre biodisponibilidade e toxicidade de nanopartículas
Fonte: Klaine, Stephen J., et al. "Nanomaterials in the environment:
behavior, fate, bioavailability, and effects." Environmental Toxicology
and Chemistry 27.9 (2008): 1825-1851.

24. Avaliação do ciclo de vida

25. Fonte: Dahl, Jennifer A., Bettye LS Maddux, and James E.
Hutchison. "Toward greener nanosynthesis." Chemical reviews 107.6
(2007): 2228-2269.
Síntese de nanopartículas

26. Fonte: Duan, Haohong, Dingsheng Wang, and Yadong Li. "Green
chemistry for nanoparticle synthesis." Chemical Society Reviews
(2015).
Síntese de nanopartículas

27. - Muitas das preparações dos blocos de construção da nanotecnologia
envolve produtos químicos perigosos, baixos graus de conversão, altos
requisitos de energia e difícil purificação dos seus resíduos.
- Algum progresso em direção a síntese “verde” de nanopartículas já foi
feito. Por exemplo, uma síntese mais eficiente e menos tóxica de
nanopartículas metálicas tem sido desenvolvida, produzindo uma maior
quantidade de nanopartículas, em menos tempo, sob condições mais
suaves, utilizando reagentes menos perigosos do que a preparação
tradicional.
- Nanopartículas metálicas foram sintetizadas utilizando plantas e
microrganismos vivos.
Síntese de nanopartículas
Fonte: Rai, Mahendra. "Nanobiotecnologia verde: biossínteses de
nanopartículas metálicas e suas aplicações como
nanoantimicrobianos." Ciência e Cultura 65.3 (2013): 44-48.

28. - A via de síntese biológica tem sido efetuada, sobretudo, através do uso
de bactérias, fungos, plantas e cianobactérias. Existem muitos relatos de
micossínteses (síntese via fungos) de nanopartículas metálicas usando
diferentes espécies. Muitas plantas têm sido usadas para a síntese de
nanopartículas.
- O método de fitossíntese (síntese via plantas) é rápido, ecologicamente
correto e rentável, com processamento downstream mais fácil que a
micossíntese. Quando comparada à fitossíntese, a micossíntese é mais
demorada e a biomassa é difícil de ser processada.
- Portanto, a fitossíntese chama muito a atenção de pesquisadores de
todo o mundo. São três fatores chaves na síntese dessas nanopartículas
metálicas: o agente redutor, o meio de reação e o agente estabilizador.
Geralmente, nanopartículas biosintetizadas possuem forma esféricas.
Síntese “verde” de nanopartículas
Fonte: Rai, Mahendra. "Nanobiotecnologia verde: biossínteses de
nanopartículas metálicas e suas aplicações como
nanoantimicrobianos." Ciência e Cultura 65.3 (2013): 44-48.

29. - Síntese verde a partir de extrato de plantas é a técnica mais simples de
sintetizar nanopartículas. As plantas produzem biomoléculas funcionais
que reduzem ativamente íons metálicos. Além disso, atuam como
agentes protetores e estabilizadores das nanopartículas. Alguns
exemplos de síntese de nanopartículas de prata utilizando extratos de
folhas incluem o uso de alfafa, folhas de gerânio, Aloe vera (babosa), etc.
- Interessantemente, todas as partes das plantas podem ser usadas de
modo eficiente para sintetizar nanopartículas, como as folhas, caules,
sementes, frutos, latex, etc. A biomassa morta e seca da planta também
pode ser usada para a síntese bem sucedida de nanopartículas.
Síntese “verde” de nanopartículas
Fonte: Rai, Mahendra. "Nanobiotecnologia verde: biossínteses de
nanopartículas metálicas e suas aplicações como
nanoantimicrobianos." Ciência e Cultura 65.3 (2013): 44-48.

30. El-Sheikh, M. A., et al. "Green synthesis of hydroxyethyl cellulose-
stabilized silver nanoparticles." Journal of Polymers 2013 (2013).
Metanal (Formaldeído)
Agente redutor na síntese de nanopartículas de prata
Hidroxietilcelulose – HEC
(Polissacarídeo natural)
Síntese “verde” de nanopartículas

31. El-Sheikh, M. A., et al. "Green synthesis of hydroxyethyl cellulose-
stabilized silver nanoparticles." Journal of Polymers 2013 (2013).
Wavelength 390–420 which is the
formation of silver nanoparticles
Síntese “verde” de nanopartículas

32. Muito obrigado!!!