Descoberta por acaso pode revolucionar produção de hidrogênio

- 21/04/2011

O sulfeto de molibdênio é um catalisador muito eficiente para a eletrólise da água - com a vantagem de que esse material é abundante e muito barato. [Imagem: EPFL/Alain Herzog]

A teoria do hidrogênio

Não é sem razão que o hidrogênioé apontado como o combustível do futuro: ao gerar energia em células a combustível, ele só produz água como resíduo.

E, largamente disponível na Terra, a água é formada por hidrogênio e oxigênio - basta quebrar a molécula de H2O para obter o hidrogênio. E isso pode até mesmo ser feito usando a energia solar.

Mas isto é só na teoria. O fato é que, no presente, ainda não existe uma forma de produzir hidrogênio de forma sustentável e a custos competitivos.

Assim, o hidrogênio usado industrialmente continua sendo produzido a partir do gás natural - o primo do petróleo - e os carros a hidrogênio não são mais do que "garotos-propaganda" de uma indústria que quer se tornar verde, mas ainda não consegue.

Eletrólise da água

As moléculas de água podem ser quebradas fazendo com que sejam atravessadas por uma forte corrente elétrica, um processo conhecido como eletrólise.

Esta, contudo, é uma reação lenta. Para otimizá-la é necessário usar um catalisador, a platina - um metal particularmente caro, cujo preço triplicou nos últimos 10 anos.

Mas o acaso reservava uma grata surpresa para o professor Xiel Hu e sua equipe do Instituto Politécnico Federal de Lausanne, na Suíça.

Eles estavam fazendo um experimento eletroquímico quando descobriram uma altíssima produção de hidrogênio na presença de um composto de sulfeto de molibdênio.

Analisando o ocorrido, eles descobriram que o sulfeto de molibdênio é um catalisador muito eficiente para a eletrólise da água - com a vantagem de que esse material é abundante e muito barato.

E o custo não é a única vantagem do novo catalisador. O sulfeto de molibdênio mostrou-se estável, sem sofrer degradação muito forte, e compatível com meios ácidos, neutros e básicos.

Falta a teoria

"Graças a esse resultado inesperado, nós descobrimos um fenômeno único," conta Hu. "Mas não ainda não sabemos exatamente por que esses catalisadores são tão eficientes."

A próxima etapa da pesquisa é criar um protótipo funcional que possa ser utilizado na produção de hidrogênio a partir da luz do Sol.

Os cientistas afirmam que será necessário também compreender o funcionamento do novo catalisador, a fim de se tentar otimizar ainda mais seu rendimento.

Bibliografia:

Amorphous Molybdenum Sulfide Films as Catalysts for Electrochemical Hydrogen Production in Water
Daniel Merki, Stéphane Fierro, Heron Vrubel, Xile Hu
Chemical Science
April 2011
Vol.: Advance Article
DOI: 10.1039/C1SC00117E

Eletrônica extrema: transístor funciona com um único elétron

Redação do Site Inovação Tecnológica - 20/04/2011

O esquema do transístor de elétron único mostra três fios (barras verdes) convergindo para a ilha central (área central verde), que pode acomodar até dois elétrons.[Imagem: U. Pittsburgh]

Uma equipe internacional de pesquisadores, com participação de brasileiros, criou um transístor de um único elétron - ou, melhor dizendo, de no máximo dois elétrons.

A pesquisa está em uma área de fronteira entre a eletrônica tradicional e a computação quântica.

Em tese, o transístor de elétron único tanto poderia ser útil para a criação de memórias ultradensas, levando a miniaturização a um novo patamar, quanto funcionar como um qubit para um computador quântico.

Ilha de elétrons

Em 2006, a equipe do professor Jeremy Levy, da Universidade de Pittsburgh, criou pontos quânticos de germânio que, colocados sobre um substrato de silício, com precisão de 2 nanômetros, eram capazes de aprisionar elétrons individuais.

Em 2009, o mesmo grupo criou uma plataforma universal para fabricarcomponentes eletrônicos com dimensões próximas à escala atômica.

Agora eles juntaram todos os ingredientes e criaram uma "ilha de elétrons" que mede apenas 1,5 nanômetro de diâmetro.

A ilha se torna o elemento central do transístor de elétron único quando recebe um ou dois moradores - um ou dois elétrons.

Os elétrons são levados até lá por meio de nanofios, que funcionam como os eletrodos do transístor. O número de elétrons aprisionados - que pode ser apenas zero, um ou dois - altera as propriedades de condução do dispositivo.

Isto permite que o componente funcione como um átomo artificial, de grande interesse na área da computação quântica.

Sensor elétrico e de força

Os elétrons tunelam de um fio para o outro através da ilha. A tensão elétrica no terceiro fio controla as propriedades condutoras do local, fazendo com que o elétron possa ou não tunelar - daí seu funcionamento como transístor

A principal vantagem do transístor de elétron único é a sua extrema sensibilidade a uma carga elétrica, o que o torna potencialmente um sensorelétrico, com um nível inédito de precisão.

O componente é ferroelétrico, o que significa que ele pode funcionar como uma memória de estado sólido que não perde os dados na ausência de eletricidade.

A ferroeletricidade também torna o transístor sensível a pressões em escala nanométrica, o que o torna potencialmente útil como um sensor de força.

Os elétrons tunelam de um fio para o outro através da ilha, que pode funcionar como um transístor, como um átomo artificial ou como um sensor de carga elétrica ou de força. [Imagem: Cheng et al./Nature Nanotechnology]

Transistores de elétron único

Os cientistas já conseguiram construir transistores de elétron único (vejaTransistor faz operação com um único elétron e Criado transístor acionado por um único elétron) e até mesmo um transístor mecânico acionado por um único elétron.

O campo da chamada atomotrônica também inclui um transístor atômico, que faz uma ponte entre as computações eletrônica e quântica.

Esta pesquisa se diferencia pelo material utilizado - este é o primeiro transístor de elétron único feito inteiramente de óxidos - e pela técnica de fabricação.

Mas essa técnica de fabricação está longe daquela com a qual os transistores tradicionais são feitos nas fábricas: os cientistas usam a ponta finíssima de um microscópio de força atômica para manipular os átomos na interface entre um cristal de titanato de estrôncio e um filme de aluminato de lantânio.

• Descoberto magnetismo entre materiais diferentes

O trabalho contou com a participação de Gilberto Medeiros Ribeiro, da HP Labs, e Pablo F. Siles, doutorando da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp).

Bibliografia:

Sketched oxide single-electron transistor
Guanglei Cheng, Pablo F. Siles, Feng Bi, Cheng Cen, Daniela F. Bogorin, Chung Wung Bark, Chad M. Folkman, Jae-Wan Park, Chang-Beom Eom, Gilberto Medeiros-Ribeiro, Jeremy Levy
Nature Nanotechnology
17 April 2011
Vol.: Published online
DOI: 10.1038/nnano.2011.56

Super pele artificial supera sensibilidade da pele humana

 12/04/2011

A base para a pele artificial é um transístor orgânico flexível feito com polímeros e materiais à base de carbono.[Imagem: Stanford]

A equipe da Dra. Zhenan Bao, da Universidade de Stanford, nos Estados Unidos, está desenvolvendo uma nova classe de pele eletrônica ultra-sensível.

Segundo a Dra. Bao, seu objetivo é criar uma "super pele", um tecido eletrônico flexível que supere as capacidade sensoriais da pele humana.

Super pele eletrônica

A pele eletrônica é totalmente flexível e capaz de "sentir" o toque, a luz e detectar compostos químicos e biológicos.

Sua alimentação é feita por um novo tipo de célula solar igualmente flexível, que pode ser incorporada na própria pele artificial, abrindo caminho para seu uso não apenas na robótica, mas também em próteses, membros artificiais e até em roupas.

"Com uma pele artificial, podemos incorporar basicamente qualquer função que desejarmos," disse a Dra. Bao. "É por isso que eu chamo de nossa pele eletrônica de super pele. Ela é muito mais do que aquilo que nós pensamos quando nos lembramos da pele normal."

Super sensibilidade

A base para a pele artificial é um transístor orgânico flexível criado pela equipe há alguns anos, feito com polímeros flexíveis e materiais à base de carbono. No atual estágio, a equipe já descobriu como fabricar seu transístor com materiais totalmente biodegradáveis.

Para permitir a detecção de toque, o transístor contém uma camada fina e altamente elástica de borracha, moldada em uma estrutura de pequenas pirâmides invertidas.

Quando pressionada, esta camada muda de espessura, o que altera o fluxo de corrente através do transístor.

Os sensores têm de algumas centenas de milhares até 25 milhões de pirâmides por centímetro quadrado - a quantidade é determinada pelo nível desejado de sensibilidade.

Para funcionar como um sensor biológico ou químico, a superfície do transístor tem de ser revestida com uma outra molécula, à qual o composto a ser detectado irá se ligar quando entrar em contato com a pele eletrônica. A camada de revestimento com essa outra molécula só precisa ter um nanômetro ou dois de espessura.

"Dependendo do tipo de material que colocamos sobre os sensores e como nós modificamos o material semicondutor do transístor, podemos ajustar os sensores para que eles detectem materiais químicos ou biológicos", disse ela.

Os testes mostraram que a pele artificial é capaz de detectar até mesmo um certo tipo de molécula de DNA.

Os pesquisadores agora estão trabalhando na ampliação da técnica para a detecção de proteínas, criando um material que poderá ser útil para fins médicos.

As células solares feitas com polímeros orgânicos são não apenas flexíveis, mas também elásticas - elas podem ser esticadas até 30% além das suas dimensões originais sem perder a capacidade de geração de energia. [Imagem: Lipomi et al.]

Células solares elásticas

Como todo equipamento eletrônico, a alimentação é sempre um desafio - mais ainda quando se trata de uma pele, um dispositivo que deve se estender por largas áreas irregulares.

As novas células solares parecem ser a solução ideal: feitas com polímeros orgânicos, elas são não apenas flexíveis, mas também elásticas - elas podem ser esticadas até 30% além das suas dimensões originais sem perder a capacidade de geração de energia.

As células solares elásticas possuem uma microestrutura ondulada que, quando esticadas, se estendem como um acordeom.

Um eletrodo de metal líquido se ajusta à superfície ondulada do dispositivo de conformidade com os seus dois estados, relaxado e esticado.

A própria célula solar funciona como um sensor de luminosidade, capaz de detectar variações de intensidade na luz dificilmente captáveis pelo olho humano.

Robôs médicos

A professora Bao afirma que vê sua super pele como algo bem superior a uma simples imitação da pele humana - ela poderá permitir que os robôs e os próprios humanos executem funções muito além daquilo que a pele humana pode oferecer.

"Você pode imaginar uma mão robótica que pode ser usada para tocar um líquido e detectar certos marcadores ou uma determinada proteína que está associada a alguma doença. E o robô será efetivamente capaz de dizer, 'Oh, essa pessoa tem essa doença," diz a cientista. "Ou o robô poderia tocar o suor de alguém e ser capaz de dizer: 'Ah, essa pessoa está bêbada'."

Bibliografia:

Stretchable Organic Solar Cells
Darren J. Lipomi, Benjamin C.-K. Tee, Michael Vosgueritchian, Zhenan Bao
Advanced Materials
April 2011
Vol.: 23, Issue 14
DOI: 10.1002/adma.201004426

Rumo aos ciborgues: componente eletrônico é feito com sangue humano

Redação do Site Inovação Tecnológica - 01/04/2011

Como seu funcionamento lembra muito o comportamento de organismos vivos muito simples, os cientistas comparam os memristores a "sinapses artificiais", que poderão ser usadas para criar computadores capazes de aprender. [Imagem: John Blanchard/Berkeley]

A interligação de componentes eletrônicos ao corpo humano é um trabalho em andamento - ainda não é uma realidade prática, mas tampouco pode ser classificada como um sonho.

Os chips neurais representam a face mais avançada desse conceito, que também já conta com próteses biônicas e com todos os avanços dabiomecatrônica.

Agora, um grupo de cientistas indianos acaba de dar um verdadeiro salto nesse campo florescente de pesquisas: eles descobriram como fabricar ummemristor usando células do sangue humano.

Memristor

Um memristor é uma espécie deelo perdido da eletrônica, um quarto componente que possui características que não podem ser reproduzidas com os três componentes tradicionais - resistores, capacitores e indutores.

Um memristor é um componente passivo de dois terminais. Ele funciona de forma parecida com um resistor mas, em vez de ter uma resistência fixa à passagem da corrente elétrica, sua capacidade de conduzir corrente depende da tensão que lhe foi aplicada anteriormente - em outras palavras, ele retém uma memória da corrente que circulou por ele previamente.

Como seu funcionamento lembra muito o comportamento de organismos vivos muito simples, os cientistas comparam os memristores a "sinapses artificiais", que poderão ser usadas para criar computadores capazes de aprender: eles já o estão utilizando para tentar reproduzir o cérebro de um gato.

Contudo, apesar de todas as comparações, um memristor tradicional continua sendo um componente inorgânico, feito com nanofios de dióxido de titânio.

Componente eletrônico biológico

Agora, S.P. Kosta e seus colegas do Education Campus Changa, na Índia, criaram um memristor líquido a partir do sangue humano - e eles já estão estudando a viabilidade de construírem diodos e capacitores também a partir de outros fluidos orgânicos humanos.

Eles construíram o memristor biológico usando um tubo de ensaio de 10 mililitros cheio de sangue humano, mantido a 37 graus Celsius. Dois eletrodos foram inseridos no tubo de ensaio e devidamente ligados a equipamentos de controle e medição.

O bio-memristor mostrou uma variação na sua resistência elétrica em função da magnitude e da polaridade de uma tensão aplicada previamente - seu efeito memória foi mantido por até cinco minutos.

Depois de demonstrar o funcionamento do memristor no tubo de ensaio, os cientistas queriam saber se o mesmo comportamento poderia ser observado em um dispositivo no qual o sangue estivesse fluindo, e não parado.

E a resposta foi positiva: o memristor funcionou no fluxo de sangue.

Lógica biológica

O próximo passo da pesquisa será desenvolver uma versão miniaturizada do memristor biológico, usando um chip microfluídico onde uma quantidade ínfima de sangue percorra microcanais escavados em uma pastilha de vidro.

Isto permitirá a conexão de vários memristores para formar um circuito lógico, capaz de processar informações.

Mais no futuro, o desafio será conectar o biochip ao corpo de um animal para que as computações possam ser feitas usando os fluidos orgânicos que mantêm o animal vivo.

• Bioeletrônica: nanotransístor é conectado a molécula de DNA

Bibliografia:

Human blood liquid memristor
S.P. Kosta, Y.P. Kosta, Mukta Bhatele, Y.M. Dubey, Avinash Gaur, Shakti Kosta, Jyoti Gupta, Amit Patel, Bhavin Patel
International Journal of Medical Engineering and Informatics
Vol.: 3 - Issue 1 - 2011 - pp. 16 - 29
DOI: 10.1504/IJMEI.2011.039073

Microrrobôs estão quase prontos para atuar no corpo humano

Redação do Site Inovação Tecnológica - 30/03/2011

Para simplificar o projeto, os robôs não têm sistema próprio de locomoção, sendo guiados por campos magnéticos externos. Na foto, o microrrobô aparece ao lado de uma mosca, para comparação das dimensões. [Imagem: ETHZ]

Robôs no corpo humano

Viagem Fantástica, um clássico da ficção científica, colocou os nanorrobôs no imaginário popular décadas antes que se ouvisse pela primeira vez o termo nanotecnologia.

Desde então, cientistas têm-se inspirado no filme para projetar robôs microscópicos que, no futuro, possam entrar no interior do corpo humano e fazer cirurgias e tratamentos em nível molecular.

Esse futuro está ainda distante, mas a equipe do Dr. Brad Nelson, do Instituto Federal de Tecnologia da Suíça, está firme nesse propósito.

Eles apresentaram a última versão de seus microrrobôs, que já têm o tamanho suficiente para fazer cirurgias em moscas.

Robô no olho

Com apenas um terço de milímetro de largura, o microrrobô é apresentado pelos pesquisadores como um passo efetivo no projeto de desenvolver máquinas capazes de levar medicamentos até os pontos específicos onde eles são necessários, evitando o risco de efeitos colaterais, e de efetuar pequenas cirurgias.

Além de cirurgias cardíacas, os pesquisadores pretendem voltar o desenvolvimento de seus microrrobôs médicos para a remoção seletiva de tecidos tumorais.

Mas os primeiros testes planejados em humanos será na aplicação de medicamentos para tratar doenças nos olhos, especificamente na etapa pós-cirúrgica de doenças da retina.

Batalhão de robôs

Para simplificar o projeto, os robôs não têm sistema próprio de locomoção, sendo guiados por campos magnéticos externos.

Como cada robô atende a uma única frequência de ressonância, vários deles podem operar no mesmo lugar.

Eles se deslocam de forma muito precisa seguindo os gradientes de um campo magnético, que pode ser modulado individualmente para cada robô.

Em teoria, garantem os pesquisadores, este princípio de locomoção pode guiar todo um batalhão de minúsculos robôs cirurgiões através do corpo.

Talvez o conceito de cirurgia minimamente invasiva precise mudar de nome, mas a ideia é que todo esse batalhão de micro ou nanorrobôs seja inserido no corpo humano - uma autêntica invasão - por meio da agulha de uma seringa. Ao final da cirurgia, eles poderão ser trazidos de volta e recapturados por uma minúscula incisão.

Robôs fazem ciência: Desvendando as proteínas

Com informações da Agência Fapesp

A cristalografia foi a técnica que permitiu que os cientistas desvendassem o funcionamento do menor motor biológico conhecido.[Imagem: Charles Sindelar, Brandeis University]

O Brasil tem todas as condições para contribuir com os avanços tecnológicos no campo da automação.

Esses avanços estão revolucionando as pesquisas para a descoberta de novos fármacos a partir da síntese de novas moléculas, de acordo com Otávio Thiemann, do Instituto de Física de São Carlos (IFSC) da Universidade de São Paulo (USP).

Thiemann participou nesta quinta-feira, em São Paulo, do Simpósio sobre Biologia Sintética e Robótica, que teve o objetivo de divulgar a nova área multidisciplinar que envolve a automação e a sintetização de biocompostos.

O evento, organizado pela FAPESP e pelo Consulado Britânico em São Paulo, integra a Parceria Brasil-Reino Unido em Ciência e Inovação.

Cristalografia de proteínas

Durante o evento, o pesquisador fez uma avaliação dos avanços e perspectivas das aplicações da robótica à cristalografia de proteínas - uma técnica que permite "enxergar" as moléculas de proteína em nível atômico.

As estruturas das moléculas, entretanto, não podem ser propriamente vistas, porque sua escala é menor do que o comprimento de onda da luz visível.

Por conta disso, os cientistas utilizam raios X de alta energia, produzidos por linhas de luz síncrotron, que permitem distinguir distâncias atômicas da ordem de poucos ângstrons.

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Thiemann utiliza a técnica para elucidar a estrutura molecular e a função de proteínas-alvo na fisiologia de parasitas como as Leishmanias e osTrypanosomas, avaliando o potencial dessas moléculas para o desenvolvimento de novas drogas.

"Várias etapas do processo de cristalografia de proteínas já foram automatizados, mas ainda há gargalos em algumas delas. As tecnologias de automação, no entanto, estão avançando muito rapidamente e deverão tornar o ciclo inteiro muito mais ágil", disse Thiemann.

Conforme avança a robotização de determinadas fases do processo, segundo o pesquisador, a ciência avança na direção de cristalizar um grande número de proteínas simultaneamente, em vez de estudar a estrutura de cada uma delas separadamente. "Isso vai encurtar enormemente o caminho para a descoberta e melhoria de drogas", explicou.

Ciência robotizada

De acordo com o cientista, o processo para se chegar a cristalizar as moléculas - desvendando sua estrutura, sua dinâmica e sua atividade - não é trivial. Suas diversas etapas, porém, podem ser diferenciadas em dois universos diferentes: o da produção da proteína e o da cristalização propriamente dita.

"Na produção da proteína, embora a automação ainda não esteja tão bem estabelecida, já há vários robôs que podem ajudar em várias etapas do processo. Mas é ao fim da parte da cristalização que temos alguns gargalos fundamentais, cuja superação deverá revolucionar todo o processo", afirmou.

A automação da montagem da proteína no difratômetro - o equipamento utilizado para a análise da estrutura da molécula - é crucial para mudar a escala do processo, segundo o cientista.

"Temos que montar a gota de cristalização, selecionar o cristal, difratar os dados e resolver a estrutura. Uma vez que temos o cristal, o principal gargalo que temos consiste em colocá-lo dentro do difratômetro", explicou.

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Uma vez que isso é feito, o robô se encarrega do resto, alinhando o cristal corretamente diante do feixe de raio X. "No meu entender, esse é o ponto que ainda está suscetível a enormes avanços de inovação. Se o robô puder 'pescar' o cristal para introduzi-lo no difratômetro, todo o processo ganhará outra escala", disse Thiemann.

Uma das alternativas utilizadas atualmente consiste em diminuir as chances para que o cristal cresça livremente dentro da gota de cristalização, imobilizando-o dentro de um capilar.

"Mas são ainda iniciativas que estão em estágio inicial. Quando o cristal cresce, geralmente a intervenção humana se faz necessária. É preciso ter discernimento para saber se o cristal é bom ou não, se inclui outros precipitados, ou se possui outras características em seu entorno que precisam ser retiradas", destacou.

Cristalização automatizada

Como essa parte do processo ainda exige a intervenção humana, o processo sofre interrupções contínuas. A automação aumentaria a velocidade, dispensaria diversos cuidados específicos e permitiria um trabalho de 24 horas por dia.

"Se quisermos, por exemplo, cocristalizar uma enzima com 500 ou mil compostos possíveis, para avaliar as características da molécula e, a partir daí, melhorar sua ação, teremos que criar condições de cristalização para todas essas cocristalizações", apontou Thiemann.

"Nesse processo, é preciso encontrar um composto, voltar atrás, cocristalizar o composto, aprender, voltar atrás mais uma vez, sintetizar o novo composto e assim por diante. Esse ciclo poderá se tornar muito mais ágil com a automação", disse.

Com mais agilidade, seria possível cristalizar as moléculas simultaneamente em larga escala. "Cristalizar a proteína é diferente de cocristalizar a proteína com um inibidor dentro dela. As condições podem ser bastante diferentes dependendo do composto e o número de combinações possíveis é enorme. Geralmente, conseguimos cocristalizar uma proteína com um ou dois inibidores - o que já dá muito trabalho aos alunos. Com o robô, poderíamos fazer isso em massa", disse.

Robótica e inteligência artificial

Para o professor da USP, a tecnologia da robótica está avançando em um ritmo muito forte, assim como a informática, que permite a análise e a distinção de padrões de imagem.

"Além disso, a inteligência artificial faz com que os programas aprendam com o que acabaram de fazer, realimentando o software para que ele consiga executar a próxima rodada com maior taxa de acerto", disse.

Segundo ele, há perspectivas de desenvolvimento desse tipo de tecnologia em vários centros no Brasil.

"Há alguns cursos de graduação - como mecatrônica e robótica - formando pessoal nessa área. Mas se trata de um segmento essencialmente multidisciplinar. Não precisamos só de alguém que saiba montar um robô, mas alguém que saiba fazê-lo com essa finalidade específica. Precisamos de pessoal com várias formações diferentes e certamente é possível desenvolver isso no Brasil", afirmou.

Bioplásticos de fibras vegetais se equiparam à fibra de carbono

Agência Fapesp - 13/04/2011

Os bioplásticos feitos com nanocelulose extraída do abacaxi são 30 vezes mais leves e de 3 a 4 vezes mais fortes do que os plásticos usados hoje na indústria automobilística.[Imagem: Mikael Ankerfors]

De resíduos agroindustriais saem fibras que poderão dar origem a uma nova geração de superplásticos.

Mais leves, resistentes e ecologicamente corretos do que os polímeros convencionais utilizados industrialmente, as alternativas vêm sendo pesquisadas pelo grupo coordenado pelo professor Alcides Lopes Leão na Faculdade de Ciências Agronômicas da Universidade Estadual de São Paulo (Unesp), em Botucatu.

Recentemente, o grupo brasileiro apresentou o trabalho durante a reunião anual da Sociedade Norte-Americana de Química, mostrando que os superplásticos podem ser fabricados de vários tipos de frutas e plantas.

Bioplásticos

Obtidas de resíduos de cultivares como o curauá (Ananas erectifolius) - planta amazônica da mesma família do abacaxi -, além da banana, casca de coco, sisal, o próprio abacaxi, madeira e resíduos da fabricação de celulose, as fibras naturais começaram a ser estudadas em escalas de centímetros e milímetros pelo professor Lopes Leão e colegas no início da década de 1990.

Ao testá-las nos últimos dois anos em escala nanométrica (da bilionésima parte do metro), os pesquisadores descobriram que as fibras apresentam resistência similar às fibras de carbono e de vidro. E, por isso, podem substituí-las como matérias-primas para a fabricação de plásticos.

O resultado são materiais mais fortes e duráveis e com a vantagem de, diferentemente dos plásticos convencionais originados do petróleo e de gás natural, serem totalmente renováveis.

"As propriedades mecânicas dessas fibras em escala nanométrica aumentam enormemente. A peça feita com esse tipo de material se torna 30 vezes mais leve e entre três e quatro vezes mais resistente", disse Lopes Leão.

Em testes realizados pelo grupo por meio de um acordo de pesquisa com a Braskem, em que foi adicionado 0,2% de nanofibra ao polipropileno fabricado pela empresa, o material apresentou aumento de resistência de mais de 50%.

Carros verdes

Já em ensaios realizados com plástico injetável utilizado na fabricação de pára-choques, painéis internos e laterais e protetor de cárter de automóveis, em que foi adicionado entre 0,2% e 1,2% de nanofibras, as peças apresentaram maior resistência e leveza do que as encontradas no mercado atualmente, segundo o cientista.

"Em todas as peças utilizadas pela indústria automobilística à base de polipropileno injetado nós substituímos a fibra de vidro pela nanocelulose e obtivemos melhora das propriedades", afirmou.

Além do aumento na segurança, os plásticos feitos de nanofibras possibilitam reduzir o peso do veículo e aumentar a economia de combustível. Também apresentam maior resistência a danos causados pelo calor e por derramamento de líquidos, como a gasolina.

"Por enquanto, estamos focando a aplicação das nanofibras na substituição dos plásticos automotivos. Mas, no futuro, poderemos substituir peças que hoje são feitas de aço ou alumínio por esses materiais", disse Lopes Leão.

Por meio de um projeto apoiado por meio do Programa de Apoio à Pesquisa em Parceria para Inovação Tecnológica (PITE) da FAPESP, a fibra de curauá passou a ser utilizada no teto, na parte interna das portas e na tampa de compartimento da bagagem dos automóveis Fox e Polo, fabricados pela Volkswagen.

Outras indústrias automobilísticas já manifestaram interesse pela tecnologia, segundo Lopes Leão. Entre elas está uma empresa indiana, cujo nome não foi revelado, que tomou conhecimento da pesquisa após ela ser apresentada na reunião da Sociedade Norte-Americana de Química, no final do mês passado.

Nanofibra substitui titânio

Segundo o coordenador da pesquisa, além da indústria automobilística as nanofibras podem ser aplicadas em outros setores, como o de materiais médicos e odontológicos.

Em um projeto realizado em parceria com a Faculdade de Odontologia da Unesp de Araraquara, os pesquisadores pretendem substituir o titânio utilizado na fabricação de pinos metálicos para implantes dentários pelas nanofibras.

Em outro projeto desenvolvido com a Faculdade de Medicina Veterinária e Zootecnia da Unesp de Botucatu, o grupo utiliza as nanofibras para desenvolver membranas de celulose bacteriana vegetal.

Em testes de biocompatibilidade in vivo, realizados com ratos, os animais sobreviveram por seis meses com o material. "Nenhuma pesquisa do tipo tinha conseguido atingir, até então, esse resultado", afirmou Lopes Leão.

O grupo da Unesp também está estudando a utilização de fibras naturais para o desenvolvimento de compósitos reforçados e para o tratamento de águas poluídas por óleo.

Fibras de plantas

De acordo com o coordenador, entre as fibras de plantas, as do abacaxi são as que apresentam maior resistência e vocação para serem utilizadas na fabricação de bioplásticos.

Dos materiais, o mais promissor é o lodo da celulose de papel, um resíduo do processo de fabricação que as indústrias costumam descartar em enormes quantidades e com grandes custos financeiros e ambientais em aterros sanitários.

Para utilizar esse resíduo como fonte de nanofibras, Lopes Leão pretende iniciar um projeto de pesquisa com a fabricante de papel Fibria em que o lodo da celulose produzido pela empresa seria transformado em um produto comercial. "É muito mais simples extrair as nanofibras desse material do que da madeira, porque ele já está limpo e tratado pelas fábricas de papel", disse.

Para preparar as nanofibras, os cientistas desenvolveram um método em que colocam as folhas e caules de abacaxi ou das demais plantas em um equipamento parecido com uma panela de pressão.

O "molho" resultado dessa mistura é formado por um conjunto de compostos químicos e o cozimento é feito em vários ciclos, até produzir um material fino, parecido com o talco. Um quilograma do material pode produzir 100 quilogramas de plásticos leves e super-reforçados.