nanotecnologia gabriela helena da silva [email protected]
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Nanotecnologia
A nanotecnologia é a tecnologia dos materiais, processos e produtos cujas dimensões críticas estão na faixa de 0,1 a 100 nanômetros.
Nanotecnologia
1959 - Richard Feynman:
"There’s Plenty of Room at the Bottom“
"Por que não podemos escrever todos os 24 volumes da Enciclopédia Britânica na
cabeça de um alfinete?"
Nanotecnologia
1981 - Scanning Tunneling Microscope (STM), ou Microscópio de Varredura por Tunelamento.
1986 - Atomic Force Microscope (AFM), ou Microscópio de Força Atômica.
1990 – IBM
Demonstrando o funcionamento de equipamentos capazes de manipular átomos e moléculas com precisão nanométrica
Nanotecnologia
Nanotecnologia
Produção de nanopartículas: 2004 – 1.000 toneladas 2010 – 5.000 toneladas
Na próxima década estimasse a produção de 100.000 toneladas
Aplicações
Nanotecnologia
Ampla discussão sobre os riscos potenciais destes materiais ao ambiente e à saúde humana.
Alto potencial de contaminação ambiental: Reatividade Área superficial Capacidade de aglomeração/dispersão
Produtos atuais que ultilizam nanotecnologia
Cerca de 900 produtos já encontram-se disponíveis no mercado:
Removedor de odorNanopartículas de ouro
Vidro autolimpantePelícula de nanomaterial de 40 nm, reage com a água
eliminando a sujeira
Cosméticos:Protetores solares TiO2 (14 nm) e ZnO (30-200 nm).
Produtos atuais que ultilizam nanotecnologia
A aplicação de nanomateriais na descontaminação ambiental é decorrente da alta reatividade química apresentada por estes materiais.
O fotocatalisador TiO2 fotodegradação de compostos orgânicos.
Fotocatalisador de Ferro solos contaminados com cromo e também para a redução de compostos organoclorados.
Produtos atuais que ultilizam nanotecnologia
Nanoprata (Ag-nano)
Atividade bactericida
Vem sendo incorporada a tecidos e implantes, sapatos e tênis, recipientes para armazenar alimentos, aparelhos de ar condicionado, creme dental, próteses ósseas e instrumentos cirúrgicos.
http://www.youtube.com/watch?v=6WLa0r1mVUY
http://www.everdrybrazil.com.br/
Nanotecnologia
73.138 artigos publicados sobre nanotecnologia.
Apenas 1.230 abordam a questão da toxicidade e ecotoxicidade.
Nanoecotoxicologia
Termo utilizado para estudos voltados à avaliação dos efeitos de nanomateriais ao ambiente, elucidando os caminhos de transferência do agente tóxico, bem como sua interação com o mesmo.
Rotas de exposição, acesso e distribuição de nanomateriais no ambiente
As principais rotas de exposição de um nanomaterial no ambiente:
Atmosfera
Solo
Sedimento
Sistemas aquáticos
Rotas de entrada dos nanomateriais nos organismos-receptores:
Inalação Ingestão Assimilação através de superfícies epiteliais
externas Absorção no nível celular
Legislação???
Estados unidos e União Européia
Avaliação de risco de nanomateriais
Implementação de regras e legislação especifica aplicada a produtos que contenham substâncias em nanoescala.
Legislação???
USEPA (United States Environmental Protection Agency) - requer dos fabricantes evidências científicas de que o seu uso não causa danos ambientais e riscos à saúde pública
2008 - Nanoscale Materials Stepwardship Program
Consiste primeiramente no cadastro voluntário de empresas de médio e grande porte que produzem e/ou comercializam nanomateriais com a finalidade principal de reunir informações sobre os mesmos
93 produtos já catalogados segundo suas especificações básicas – classificados como substâncias emergentes
Uma vez incluído, o produto ou insumo passa por um procedimento específico que vai ditar as condições para a sua comercialização
Legislação???
2005 - ISO/TC 229Conjunto de ações e metas para viabilizar, através de grupos de
trabalho representados por órgãos de metrologia e padronização de 36 países
Engloba a padronização de três aspectos fundamentais: Terminologia e nomenclatura Caracterização Avaliação de risco sobre saúde, segurança e ambiente.
• Participam efetivamente da ISO/TC 229 20 países cada um com a sua representação específica, dentre eles Japão, Coreia, Estados Unidos e Brasil, cujo órgão responsável é o INMETRO
Testes de toxicidade
In vitro – cultura de celular In vivo – com organismos vivos, como
peixes, ratos e até seres humanos.
Não há padronização para a avaliação da toxicidade de nanopartículas
Testes de toxicidade
A maioria dos testes de toxicidade de nanomateriais é realizada in vitro usando culturas de células de mamíferos, as quais foram extraídas das mais diferentes partes do corpo como cérebro, pulmões, coração, pele e fígado
Técnicas in vitro são menos onerosas do que estudos in vivo e requerem pouco tempo
No entanto, através delas é difícil inferir implicações que signifiquem riscos para saúde humana e principalmente ao meio ambiente
Testes de toxicidade
Em relação aos testes in vivo, observa-se que grande parte destes lança mão de organismos aquáticos, os quais traduziriam o impacto destes nanomateriais no ambiente
Principal compartimento receptor.
Nos testes normalmente são utilizados bactérias (V. fischeri), peixes (peixe-zebra), crustáceos (Daphnia) e algas
Testes de toxicidade
De modo geral, os estudos toxicológicos envolvendo nanopartículas ainda são escassos, sendo seus resultados controversos quando comparados entre si, principalmente pela padronização incipiente.
Os trabalhos são omissos principalmente na caracterização das partículas, contribuindo pouco na compreensão da interação destes no ambiente, tornando difícil a avaliação do real risco de exposição a estes materiais.
Avaliação ecotoxicológica de nanopartículas de sílica (TM 40 – 22 nm,
HS 30 – 12 nm e SM30 – 7 nm)
Nanoparticulas de Sílica (SiO2)
Inúmeras aplicações
Industrias químicas Cosméticos Tintas Alimentos Remédios
Nanoparticulas de Sílica (SiO2)
O efeito dessas partículas na saúde humana é bem estudado
Podem causar danos a células humanas (LU et al., 2011; LIN et al., 2006; EOM e CHOI, 2009; SUN et al., 2011; PASSAGNE et al., 2012)
Complicações na gravidez (YAMASHITA et al., 2011)
Inibir a replicação e transcrição do DNA (CHEN e VON MIKECZ, 2005)
Danos cardiovasculares e pulmonares em ratos (CHEN et al., 2008).
Nanoparticulas de Sílica (SiO2)
Prejudiciais ao Meio Ambiente?
?????????????
Objetivo
Analisar a toxicidade, em diferentes níveis tróficos, de três NP de sílica (SM30, HS30 e TM40 Ludox), com diferentes tamanhos (7, 14 e 22nm)
Gerando novas informações acerca da segurança para o uso e liberação destas partículas no ecossistema.
Caracterização
Necessário devido a rápida variação de propriedades fisico-quimicas
Composição química superficial
Tamanho médio
Agregação
Caracterização
Espalhamento dinâmico de luz (Dynamic light scattering, DLS)
Diâmetro hidrodinâmico das partículas em suspensãoO índice de agregaçãoÍndice de polidispersividade (distribuição media do
tamanho das nanoparticulas)
Espalhamento de luz por eletroforese (electrophoretical light scattering, ELS)
potencial zeta das nanopartículas (um parâmetro que avalia a interação das partículas e meio aquático)
Microtox V. fischeri
Inibição da luminescência
Medida a Bioluminescência depois de 5, 15 e 30 min após a
exposição
TM40: 328 a 1.28 g/L
HS30 and SM30: 246 a 0.96 g/L
V. fischeri
P. subcapitata
inibição de crescimento
Medida a absorbância após 72h de exposição
TM40: 12.5 a 0.2 g/L
HS30 e SM30: 9.39 a 0.15 g/L
P. subcapitata
Daphnia magna
Inibição da alimentação
TM40: 15.3 a 2, HS30: 17.7 a
2.34 e SM30: 20.2 a 1.18 g/L
D. magna Medida absorbância após 24h de exposição
5x105cels/ml de P. subcapitata
Danio rerio
Efeitos no desenvolvimento
a b c d
Embriões de D. rerio HS30: 9 a 1.7, SM30: 12.2 a 2.4 and
TM40: 60.8 a 12 g/LStereomicroscope observação após 96h de exposição
Figure 3. Effects observed on D. rerio under stereomicroscope (Magnification 40x) after 96h of exposure: edema (a); edema and malformation (b c, and d); no hatching (c).
Ensaio do Cometa
Danos genéticos
Microscope observation
Lamina com Brometo de etidio
Eletroforese
Cells + agaroseMaceration com
PBS+10% DMSO
D. rerio
Quantificação
Allium cepa
Danos genéticos
Germinação
HS30: 9 a 1.7, SM30: 12.2 a 2.4 and TM40: 60.8 a 12 g/L
ColoraçãoPreparação das
laminas
Visualização e quantificação
Semente de Allium cepa
A= Anáfase com ponte, B= Metáfase desorganizada, C= Micronúcleos, D=Anáfase com ponte, E= Micronúcleo e F=Anáfase com quebra de cromossomo.
D
B C
E F
A
Resultados preliminares
Alta Toxicidade para os organismos teste
TM40 (22 nm) possui os maiores valores de EC50
SM30 (7nm) possui os menores valores de EC50
Todas as partículas causaram danos genéticos nas células de D. rerio e A. cepa
Conclusões preliminares
As nanoparticulas de silica podem trazer riscos ao ambiente
O tamanho das partículas possui grande influência na toxicidade
Quanto menor a partícula mais tóxica
Obrigada
Gabriela Helena da [email protected]