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Piezoeletricidade faz papel celofane virar material inteligente

O papel celofane já teve sua época de glória, muito conhecido do público em geral como papel para embrulhar presentes ou artigos culinários. Agora, pesquisadores norte-americanos e coreanos, trabalhando conjuntamente, descobriram que o quase esquecido celofane é um material inteligente, com aplicações de última geração.

Micro-aviões que batem as asas

Microrobôs, sensores biodegradáveis e micro-aviões de papel capazes de voar "batendo as asas" - estas são as aplicações do celofane, destacadas pelos pesquisadores em um artigo publicado no jornal Macromolecules.

Que a celulose tem um efeito piezoelétrico - ela se curva ligeiramente sob a ação de um campo elétrico - isso já é sabido há muito tempo. Mas, ao contrário dos cristais piezoelétricos, que "dão um tranco", o efeito sutil notado na celulose até hoje não havia atraído muito a atenção dos cientistas.

Papel inteligente

Agora a equipe liderada pelo professor Jaehwan Kim fez um experimento que lançou o celofane definitivamente na área dos materiais inteligentes; e com aplicações práticas muito promissoras.

Em sua experiência, eles construíram dois eletrodos, um de cada lado da borda de uma folha de celofane, na forma de duas finíssimas e estreitas camadas de ouro. Aplicando uma corrente nesses dois eletrodos, eles descobriram que o papel celofane se curva em direção ao pólo positivo.

Borboleta artificial

Para construir um avião, basta alternar rapidamente a voltagem - aplicando uma corrente alternada, ao invés de uma corrente contínua. Assim, o papel vibra na freqüência da corrente que o percorre, funcionando como o bater de asas. E está pronto o avião de papel mais "high-tech" do mundo. Ou, talvez, a primeira borboleta artificial já construída.

Seja como for, o aparato voador não precisará ter fios: a celulose é sensível o suficiente para ser sensibilizada por microondas, que podem ser dirigidas por uma antena até o avião-borboleta.

Mas os cientistas destacam que as maiores possibilidades de utilização estão em microescala: microrobôs e MEMS poderão ganhar mobilidade sem a necessidade de complicados motores - que, além do mais, consomem muita energia. Microrobôs "movidos a celofane" poderão ser acionados à distância, recebendo sua energia de uma antena de microondas.

Isso deverá simplificar muito o projeto e permitir a miniaturização desses sistemas microeletromecânicos. Que, além de tecnologicamente avançados, serão também ambientalmente corretos, já que a celulose é biodegradável.

Bibliografia:
Discovery of Cellulose as a Smart Material
Jaehwan Kim, Sungryul Yun, Zoubeida Ounaies
Macromolecules
May 19, 2006
Vol.: 39 (12), 4202 -4206, 2006
DOI: 10.1021/ma060261e S0024-9297(06)00261-0

Fonte: http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=010180060704

Nanobateria de papel é fina, flexível e pode ser impressa

A nova nanobateria pode ser facilmente confundida com um pedaço de papel preto. E não é só na aparência que ela lembra o papel - ela é construída por métodos de impressão, de forma muito semelhante à utilizada para se imprimir uma carta em uma folha de papel A4.

Baterias finas e flexíveis

Não é só porque os equipamentos eletrônicos estão ficando cada vez menores que há necessidade de baterias finas e flexíveis. Novas aplicações, como equipamentos médicos implantáveis e equipamentos com telas flexíveis, que poderão ser enroladas, estão exigindo uma nova tecnologia de armazenamento de energia que os viabilize.

Foi pensando nisso que os engenheiros do Instituto Politécnico Rensselaer, dos Estados Unidos, desenvolveram a nanobateria de papel. O armazenamento de energia é feito em uma camada de polímero ao qual são incorporados nanotubos de carbono - o material resultante é chamado de nanocompósito. O eletrólito é um líquido iônico, uma espécie de sal que não evapora.

Nanobateria de papel

A semelhança com o papel não é mera coincidência: mais de 90% da nanobateria é composta de celulose. Mesmo assim ela é completamente integrada - não exige componentes externos - e pode ser fabricada por métodos de impressão.

O resultado é uma bateria super-leve, fina como papel e completamente flexível (para conhecer outra bateria com características semelhantes veja Nova bateria é fina como papel e recarrega em 30 segundos). A flexibilidade é um ítem importante porque passa a ser possível colocar a bateria em espaços irregulares, dando liberdade de design aos projetistas e tirando proveito de áreas ociosas no interior dos equipamentos.

Bateria e capacitor

Os nanotubos de carbono são infundidos no papel de forma alinhada. Além de darem a coloração preta à bateria de papel, os nanotubos funcionam como eletrodos e permitem que o nanocompósito conduza eletricidade.

O nanocompósito pode funcionar de duas formas: como uma bateria tradicional, que substitui as atuais baterias de lítio e como um supercapacitor, um dispositivo que acumula energia e a libera de forma quase instantânea. Nos sistemas eletrônicos atuais, baterias e capacitores são componentes separados.

"Nós não estamos juntando peças, este é um dispositivo único, integrado," diz o pesquisador Robert Linhardt. "Os componentes são molecularmente ligados uns aos outros: a impressão de nanotubos de carbono é incorporada no papel, e o eletrólito é embebido no papel. O resultado é um dispositivo que se parece visualmente e pelo tato e pesa exatamente como um papel."

Bibliografia:
Flexible Energy Storage Devices Based on Nanocomposite Paper
Robert Linhardt, Pulickel M. Ajayan, Omkaram Nalamasu, Victor Pushparaj, Shaijumon M. Manikoth, Ashavani Kumar, Saravanababu Murugesan, Lijie Ci, Robert Vajtai
Proceedings of the National Academy of Sciences
Aug. 13 2007
Vol.: In review

Fonte: http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=010115070815

Superpapel é flexível e tão difícil de rasgar quanto o ferro

[Imagem: American Chemical Society]

Tão flexível quanto o papel, tão leve quanto o papel. Mas tão difícil de rasgar quanto uma folha de ferro fundido. Assim é o nanopapel de celulose, criado por uma equipe de pesquisadores do Japão e da Suécia.

Nanopartículas de celulose

Construído de partículas submicroscópicas de celulose, o superpapel poderá ter grande utilidade como elemento estrutural na construção civil. Não existe nenhum material hoje que seja comparável a ele em termos de flexibilidade, leveza e resistência.

O pesquisador Lars A. Berglund, que faz parte da equipe que desenvolveu o nanopapel, afirma que o novo material também poderá entrar como elemento para a fabricação de compósitos para utilização em virtualmente qualquer aplicação.

Compósitos de celulose

Embora os compósitos à base de celulose, que já existem, sejam geralmente muito resistentes à tração, eles não são flexíveis, quebrando-se facilmente quando se tenta dobrá-los.

Para fabricar o nanopapel, os cientistas deixaram a celulose de madeira em solução em um banho químico, cuja composição determina a resistência do nanopapel, que poderá ser ajustada de acordo com a aplicação.

Os testes mostraram que o nanopapel atinge uma resistência à tração de 214 MPa, bem acima dos 130 MPa do ferro fundido. O papel de alta resistência mais forte conhecido até hoje havia atingido 103 MPa.

Bibliografia:
Cellulose Nanopaper Structures of High Toughness
Marielle Henriksson, Lars A. Berglund, Per Isaksson, Tom Lindstro, Takashi Nishino
Biomacromolecules
Vol.: 9 (6), 1579-1585
DOI: 10.1021/bm800038n

Fonte: http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=super-papel---nanopapel-e-mais-dificil-de-rasgar-que-o-ferro&id=010160080613

Transístor de papel é construído por cientistas portugueses

[Imagem: Cenimat]

O termo papel eletrônico foi cunhado para descrever componentes eletrônicos que se tornaram finos e flexíveis, lembrando as propriedades físicas do papel. Mas agora uma equipe de cientistas da Universidade Nova de Lisboa, em Portugal, inverteu os termos da equação e utilizou papel mesmo para criar transistores eletrônicos totalmente funcionais.

Transístor de papel

Coordenados pelos professores Elvira Fortunato e Rodrigo Martins, os pesquisadores portugueses utilizaram uma folha de papel comum como camada dielétrica para construir um transístor de efeito de campo (FET - Field Effect Transistor).

O transístor com a camada intermediária de papel apresentou desempenho eletrônico comparável ao dos mais modernos transistores de filmes finos (TFT - Thin Film Transistors) que, em vez de papel, utilizam camadas isolantes de vidro ou silício cristalino.

Componentes eletrônicos de biopolímeros

Um transístor de papel não é uma mera curiosidade. Tem havido um interesse crescente entre pesquisadores do mundo todo na utilização de biopolímeros para baratear os custos dos componentes eletrônicos. E, como a celulose é o principal biopolímero encontrado na Terra, nada mais natural do que utilizá-la.

Outros grupos de pesquisadores já haviam relatado o uso de celulose como substrato - uma camada de suporte físico - na construção de componentes eletrônicos. Até agora, porém, ninguém havia conseguido utilizar o papel como "interestrato" - camada intermediário de isolamento - em um transístor.

Na verdade, os cientistas portugueses utilizaram o papel tanto como "interestrato" quanto como substrato, já que eles construíram os transistores dos dois lados da folha de papel. "É um dois em um," simplifica a Dra. Elvira.

Aplicações do transístor de papel

Segundo os pesquisadores, o desempenho eletrônico do transístor de papel supera o desempenho dos TFTs de silício amorfo e é comparável ao dos TFTs de silício cristalino.

A demonstração do funcionamento dos transistores de papel abre grandes perspectivas para o barateamento de aplicações como os próprios papéis eletrônicos - agora sim, feitos de papel mesmo, - além das etiquetas RFID e diversos tipos de bioaplicações, onde o circuito eletrônico poderá ser incorporado a dispositivos biomédicos.

Bibliografia:
High Performance Flexible Hybrid Field Effect Transistors based on Cellulose Fiber-Paper
Elvira Fortunato, Nuno Correia, Pedro Barquinha, Luís Pereira, Gonçalo Gonçalves, Rodrigo Martins
IEEE Electron Device
September 2008
Vol.: 55, 2008

Fonte: http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=transistor-de-papel-e-construido-por-cientistas-portugueses&id=010110080722

Próteses inteligentes diminuem risco de rejeição

Superfícies de titânio tratadas com nanotecnologia poderão ajudar no desenvolvimento de próteses inteligentes.[Imagem: Nano Letters]

Com coordenação canadense e contribuição brasileira, uma equipe internacional multidisciplinar está desenvolvendo novas estratégias para o tratamento químico de superfícies metálicas que poderão, no futuro, ter aplicações em implantes médicos e dentários, minimizando a rejeição de próteses metálicas pelo corpo humano.

Superfícies inteligentes

O estudo, publicado na revista Nano Letters, parte das recentes descobertas no campo da nanotecnologia e utiliza a modificação química para produzir metais com superfícies inteligentes, capazes de interagir positivamente com as células e ajudando a controlar a reação biológica.

Coordenada pelo professor Antonio Nanci, da Faculdade de Medicina Odontológica da Universidade de Montreal, a equipe inclui pesquisadores da Universidade McGill, do Instituto Nacional de Pesquisa Científica do Canadá, da empresa Plasmionique e da Universidade de São Paulo (USP).

Tratamento químico de superfícies metálicas

De acordo com um dos autores do artigo, o brasileiro Paulo Tambasco de Oliveira, do Departamento de Morfologia Estomatologia e Fisiologia da Faculdade de Odontologia de Ribeirão Preto (Forp) da USP, o tratamento químico de superfícies metálicas para utilização em implantes não é uma novidade. Mas ao modificar a topografia dessas superfícies na nanoescala, o grupo tem conseguido ampliar a versatilidade desses processos.

"O estudo apresenta a versatilidade das novas soluções utilizadas para tratamento químico de superfícies metálicas para modificações na nanoescala - a dimensão em que ocorre a sinalização celular - e mostra que as alterações nas células do organismo acontecem tanto na expressão gênica como na expressão de proteínas", disse Tambasco à Agência FAPESP.

O procedimento é capaz de provocar a formação de nanotopografias com poros de dimensões de 20 a 30 nanômetros, que, de acordo com Tambasco, influenciam diversos processos biológicos, favorecendo a interação com o organismo. "Essas superfícies estimulam diretamente as células e por isso são uma potencial alternativa ao uso de moléculas bioativas", disse.

Próteses inteligentes

O aprimoramento dessas estratégias, de acordo com os autores, poderá aumentar significativamente as chances de sucesso de próteses ortopédicas, dentárias e cardiovasculares.

"Uma das principais vantagens é o efeito celular seletivo. No caso de uma prótese vascular, por exemplo, é importante limitar a adesão celular a fim de não prejudicar a circulação sanguínea. No caso de implantes dentários, um dos desafios é impedir a formação de cápsula conjuntiva, o que prejudica sua estabilidade. O desenvolvimento de nanotopografias pode controlar seletivamente o crescimento celular", disse Tambasco.

Os pesquisadores testaram os procedimentos para a modificação da superfície de metais biomédicos como o titânio. O tratamento foi feito com misturas selecionadas de ácidos e oxidantes. A equipe testou os efeitos das superfícies metálicas nanoporosas produzidas quimicamente sobre o crescimento e desenvolvimento de células in vitro.

Aumento do crescimento celular

Foi constatado que, em comparação às superfícies lisas não tratadas, as superfícies produzidas aumentam o crescimento das células ósseas e favorecem o desenvolvimento de células-tronco. A manifestação de genes necessários à adesão e ao crescimento celular também aumentou em contato com as superfícies nanoporosas.

"Justamente por ser uma abordagem inovadora de tratamentos químicos simples, notoriamente eficazes para modificar metais amplamente utilizados para próteses, esse estudo tem potencial para proporcionar o desenvolvimento de materiais inteligentes que sejam aceitos pelo organismo, mas que respondam ativamente ao meio biológico", disse o professor.

O estudo envolveu pesquisadores das áreas de engenharia de materiais, química, física, odontologia e biologia celular e molecular. "A equipe brasileira, concentrada no Laboratório de Cultura de Células da Forp, criado há dez anos pelo professor Adalberto Luiz Rosa, deu contribuição significativa ao estudo canadense", disse.

Bibliografia:
Nanoscale Oxidative Patterning of Metallic Surfaces to Modulate Cell Activity and Fate
Fiorenzo Vetrone, Fabio Variola, Paulo Tambasco de Oliveira, Sylvia Francis Zalzal, Ji-Hyun Yi, Johannes Sam, Karina F. Bombonato-Prado, Andranik Sarkissian, Dmitrii F. Perepichka, James D. Wuest, Federico Rosei, Antonio Nanci
Nano Letters
January 21, 2009
Vol.: Articles ASAP
DOI: 10.1021/nl803051f

Fonte: http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=proteses-inteligentes-diminuem-risco-de-rejeicao&id=010160090202

Biochip faz exame de laboratório com tecnologia de discos rígidos

Protótipo do novo biochip, que utiliza a tecnologia das cabeças de leitura dos HDs para detectar agentes patogênicos.[Imagem: American Chemical Society]

Cientistas norte-americanos utilizaram a mesma tecnologia empregada na leitura dos discos rígidos de computador para criar um novo biochip capaz de analisar amostras biológicas com uma precisão inédita.

Biochips são minúsculos laboratórios de análises clínicas do tamanho de um chip de computador, que prometem revolucionar o diagnóstico de doenças, permitindo que os exames laboratoriais sejam feitos em casa ou, no máximo, no próprio consultório médico.

Magnetorresistência gigante

O novo biochip utiliza o efeito da magnetorresistência gigante (GMR - Giant MagnetoResistance), empregado nas cabeças de leitura dos discos rígidos de computadores. Esse fenômeno rendeu o Prêmio Nobel de Física aos seus descobridores no ano passado (veja Tecnologia de discos rígidos dá Prêmio Nobel de Física a fundadores da spintrônica).

Agora uma equipe de quatro universidades norte-americanas utilizou a mesma tecnologia para construir um biochip que consegue detectar aglomerados magnéticos de dimensões microscópicas.

Bioanálises

"Vários laboratórios já começaram a fazer a transição da GMR do domínio do armazenamento digital de dados para o domínio das ciências bioanalíticas," comentam os pesquisadores em seu artigo. "Nós acreditamos que, apostando nos avanços feitos na indústria de gravação magnética (por exemplo, nos tocadores de música digital), um dispositivo robusto, portátil, capaz de detectar eventos de ligações [moleculares] individuais está literalmente no horizonte."

A precisão herdada da cabeça de leitura dos discos rígidos significa que o novo biochip, que ainda está em fase laboratorial, é capaz de detectar amostras ainda menores do que as que podiam ser analisadas com outras versões de microlaboratórios.

Bibliografia:
Giant Magenetoresistive Sensors
Rachel L. Millen, John Nordling, Heather A. Bullen, Marc D. Porter, Mark Tondra, Michael C. Granger
Analytical Chemistry
October, 2008
Vol.: 80 (21), 7940-7946
DOI: 10.1021/ac800967t

Fonte: http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=biochip-faz-exame-de-laboratorio-com-tecnologia-de-discos-rigidos&id=010110081117