#01: NanoGlossário: Nanoestruturas

Para trabalhar com nanobiotecnologia, é essencial dominar um conjunto de conceitos fundamentais. Muitos termos podem parecer semelhantes e levar a confusões, mas o NanoGlossário veio para descomplicar! Este é o primeiro post da série, que tem como objetivo principal disseminar os principais conceitos da nanobiotecnologia para estudantes de graduação, pós-graduação e profissionais interessados.

Vamos juntos?

Nanoestruturas

De acordo com a literatura, uma nanoestrutura é uma estrutura de tamanho intermediário - entre a escala microscópica e molecular (Siontorou et al., 2019a). Vale ressaltar que há divergências sobre o que deve ser considerado como tamanho intermediário. De acordo com a definição original do engenheiro de materiais Norio Taniguchi, criador do termo "nanotecnologia", um nanomaterial só pode ser considerado assim se possuir dimensões entre 1 e 100 nm (Taniguchi N., 1974). Esse conceito é seguido principalmente nas áreas de ciências dos materiais e física.

Porém, em áreas como a saúde, essa definição é mais ampla e segue as considerações do FDA, lançadas em junho de 2014:

"I. se um material ou produto é projetado para ter pelo menos uma dimensão externa, ou uma estrutura interna ou de superfície, na faixa de nanoescala (aproximadamente 1 nm a 100 nm);

II. se um material ou produto é projetado para exibir propriedades ou fenômenos, incluindo propriedades físicas ou químicas ou efeitos biológicos que são atribuíveis a sua dimensão (s), mesmo se essas dimensões estejam fora da faixa de nanoescala, até um micrômetro (1.000 nm)" ”.

Portanto, a definição de nanomateriais é ampla e pode causar confusão. Por isso, é essencial compreender o objetivo de estudo e a área de aplicação.

Dimensões na Nanoescala

Assim como os materiais em escala macroscópica, os objetos na escala nanométrica apresentam características como espessura, superfície e diâmetro, que variam conforme sua forma. Muitas vezes, associamos nanoestruturas às partículas esféricas, mas isso nem sempre é verdade. Como veremos nesta série, nanoestruturas podem apresentar diferentes geometrias.

Por exemplo, se apenas uma dimensão de um material está na nanoescala — como o diâmetro de um nanotubo de carbono, que varia entre 0,1 e 100 nm, enquanto seu comprimento pode atingir até 1 cm — ele ainda é considerado um nanomaterial.

Classificação das Nanoestruturas

As nanoestruturas podem ser classificadas de acordo com suas dimensões na escala nanométrica, e essa classificação é essencial para compreender suas propriedades e aplicações. A divisão mais comum é a seguinte (Siontorou et al., 2019b; Bhushan B., 2017; Iijima, S. 1991):

• 0D (zero dimensões): Representam estruturas onde todas as dimensões estão na escala nanométrica, como os pontos quânticos. Essas estruturas possuem propriedades eletrônicas únicas devido ao confinamento quântico.

  

• 1D (uma dimensão): Incluem nanofios e nanotubos, onde apenas uma dimensão excede a nanoescala. Essas estruturas são frequentemente utilizadas em dispositivos eletrônicos e sensores devido à sua alta condutividade elétrica e resistência mecânica.

  
  

• 2D (duas dimensões): São estruturas como nanofilmes e nanofolhas, com duas dimensões na escala nanométrica. Os materiais bidimensionais, como o grafeno, possuem propriedades excepcionais, incluindo alta resistência e excelente condutividade térmica.

• 3D (três dimensões): Nanoestruturas em que todas as dimensões estão na nanoescala, como as nanopartículas esféricas. Essas são amplamente utilizadas na liberação controlada de medicamentos e em cosméticos devido à sua grande área superficial e reatividade.

  
  

Essa classificação não só organiza os diferentes tipos de nanoestruturas, mas também facilita a compreensão das interações entre suas dimensões e propriedades.

Contexto Histórico

O termo "nanotecnologia" foi introduzido em 1974 pelo engenheiro de materiais Norio Taniguchi para descrever a manipulação de materiais em escalas atômicas e moleculares. Entretanto, os conceitos fundamentais que embasaram essa ciência emergiram décadas antes. Richard Feynman, em sua famosa palestra de 1959 intitulada "There’s Plenty of Room at the Bottom", lançou as bases para o estudo de estruturas na escala nanométrica, sugerindo que poderíamos, um dia, construir materiais átomo por átomo.

Com os avanços tecnológicos nas décadas seguintes (Binnig, G., Rohrer, H., 1986)., especialmente com o desenvolvimento do microscópio eletrônico de varredura (SEM) e do microscópio de força atômica (AFM), tornou-se possível observar e manipular materiais em escala nanométrica. Esses avanços abriram caminho para diversas aplicações, incluindo a nanobiotecnologia, que integra conceitos da nanotecnologia com áreas como biologia, química e saúde.

E aí, o que achou desta edição? Deixe sua opinião nos comentários e vamos conversar!

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@_bionat

/nataliasantosnascimento

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