apresentação desafios e tendências em nanotecnologia

Desafios e Tendências em Nanotecnologia

na

Engenharia Química

Maria Helena Andrade Santana

Laboratório de

Desenvolvimento

de Processos Biotecnológicos

12/2013

Sumário

Engenharia Química

Nanotecnologia

Desafios e Tendências

�IntroduçãoEngenharia química (EQ)Definição e EvoluçãoNanotecnologia e EQ:

Multi e Interdisciplinaridade

� EQ na interface: Nanotecnologia e Biologia

� Desafios e Tendências

Engenharia Química

• Denominação- George Davis, 1887

Disciplina aplicadaContribuição nas mais avançadas fronteiras da

ciência

Evolução

O que é um Engenheiro Químico ?

(a) Um engenheiro que fabrica produtos químicos?(b) Um químico que trabalha em uma fábrica?

Profissional capaz de abordar resolver problemas de

engenharia onde aspectos físicos, químicos e físico-químicos

são relevantes tanto em termos de processo quanto de produto

Áreas de interação/especialização “modernas”

• Engenharia de MateriaisEngenharia de Alimentos

• Engenharia de InterfacesEngenharia Ambiental

• Engenharia Bioquímica/de Bioprocessos

• Engenharia Biológica/genômica/metabólica

• Engenharia Química Médica/de Tecidos

• Engenharia de Petróleo e Gás natural

Engenharia Química

QuímicaFina

Petroquímica Farmácia Biologia

......etc

Processos Produtose

Processos Escalonáveis

Engenharia Química Atual Processos e Produtos

Multi e Interdisciplinaridade em Nanotecnologia

Campos da Ciência na Interface com a Nanotecnologia

“We found that research in any one category of nanoscience and nanotechnology tends to cite research in many other categories.”

Forças Gravitacionais- Macro-Sistemas

---------------------------------------------1µm- ----------------------------------------) Propriedades Materiais ou Coletivas

Emergem do comportamento coletivo de trilhões de átomos

_________________1nm __________________

Átomos e Moléculas IndividuaisRegras da mecânica quântica

Nanotecnologia x Propriedades x Forças

Grandezanm µµµµm mm m

Comprimento (L) 10-9 10-6 10-3 1Área superficial (L2) 10-18 10-12 10-6 1Volume (L3) 10-27 10-18 10-9 1Área Superficial Específica (L-1) 109 106 103 1

Forças Inerciais (ααααL4) 10-36 10-24 10-12 1Forças Viscosas (ααααL2) 10-18 10-12 10-6 1Tensão Interfacial (ααααL) 10-9 10-6 10-3 1Forças Viscosas/ ForçasInerciais (ααααL-2)

1018 1012 106 1

Tensão Interfacial / ForçasInerciais(ααααL-3)

1027 1018 109 1

Forças dominantes

Propriedades

Movimento

Térmico>> Gravitacional

Bionanotecnologia

Engenharia da Biologia

Termodinâmica da Agregação

Controle e Projeto de Processos

Engenharia Bioquímica

EstruturasDNA, RNA

Biologia Sintética(circuito genético)

Nanobiotecnologia

Nanoestruturas aplicadas à biologia

Coloides e Superfícies Transporte

Projeto de Processos

Engenharia de Reações

Síntese de Partículas

LiberaçãoControlada de Bioativos

Bionanotecnologia e Nanobiotecnologia

Biorreatores

Sistemas MicrofluídicosSistemas Convencionais

Processos “Top-down” e “Bottom up”

Impactores e Microcanaisde Alta Pressão

aumento da expectativa de vida

BIOMATERIAIS

PADRÃO DE VIDA

AVANÇOS NA MEDICINA

REPARAÇÕES

“LONGEVIVER”

Biomateriais têm contribuído expressivamente

para avanços na medicina moderna

Atual GeraçãoBiomateriais Funcionais

Liberação Controlada de BioativosPrincipais marcos da Nanobiotecnologia

Liposomes

Conventionalpolymeric

nanoparticles

Magneticnanoparticles

Antibodynanoparticles

Stealthnanoparticles

Solid lipidnanoparticles

1973

Conventionalpolymeric

nanocapsules

1978 1983

1987

1990

1999

1988 1995

1994

2000Elastic

Liposomes

Outras estruturas da Nanobiotecnologia

dendrimers nanofibersC nanotubes

nanocapsules/

nanofibersnanofilms

... então o que é um biomaterial ?

material sintético, natural ou natural modificado, destinado a estar em contato e interagir com o

sistema biológico.ISO 10993-1:1997

Biological evaluation of medical devicesPart 1: Evaluation and testingORIGEM

SINTÉTICA

cerâmicaspolímeros

compósitos

metais ORIGEM BIOLÓGICA

autólogos

paciente homólogosdoador

heterólogosanimal

Biomateriais- Importância

� procedimentos clínicos para restaurar ou substituirórgãos e/ou tecidos lesados

� sistemas para assistência cirúrgica

� dispositivos para realização de exames

� sistemas de liberação controlada de compostosbioativos

� implantes temporários ou permanentes

� terapias regenerativas autólogas (não cirurgicas)

MEDICINA REGENERATIVA

…desenvolvimento e utilização de estratégias destinadas a reparar ou substituir órgãos e tecidos e células lesionados,

doentes ou deficientes metabolicamente

Engenharia de Tecidos

Plasma Rico em PlaquetasPRP

Terapia Autóloga

utiliza de células novas para a recuperação daquelas danificadas.

Plasma Rico em Plaquetas- Medicina Regenerativa

Plasma Rico em Plaquetas

Preparação autóloga a partir do sangue total, na qual plaquetas são concentradas em um pequeno volume de

plasma

PPP

P-PRP

PRP + BC

CENTRIFUGAÇÃO

Condições Operacionais

Raio e M/L das fibrasLiberação controlada dos fatores de crescimento

Scaffolds para crescimento de célulastronco

Espectro mecânico

Coleta do sangue

com ou sem

anticoagulante:

Coleta do sangue

com ou sem

anticoagulante:

Recuperação

de Plaquetas

com ou sem

Buffy coat

Recuperação

de Plaquetas

com ou sem

Buffy coat

Segunda

Centrifuga

ção

Segunda

Centrifuga

ção

PRPPRP Descarte

do PPP

Descarte

do PPP

Primeira

Centrifug

ação

Primeira

Centrifug

ação

Agonist

a

Plaquet

ário

Agonist

a

Plaquet

árioFormação da rede de

fibrina

Agregação

Plaquetária e

Liberação dos FCs

Formação da rede de

fibrina

Agregação

Plaquetária e

Liberação dos FCs

Necessidade de Padronização

0

100

200

300

400

500

600

PRP Preparation PRP Clinical Application

Processo de Preparação

QUALIDADE

Adição de Nanopartículasde Ácido Hialurônico

Platelet-Rich Plasma: Regenerative Medicine: Sports Medicine, Orthopedic, and Recovery of Musculoskeletal Injuries

Ciência Básica e Engenharia

Aplicações Clínicas

Desafios e Tendências

• Escalonamento de Processos

• Ciências da Engenharia dos Nanosistemas

• Modelagem, Simulação e Controle de Processos

• Projeto de Reatores e Processos

Obrigada!

lena@feq.unicamp.br

mariahelena.santana@gmail.com