Nanobiotecnologia:princípios e aplicações

Prof. Dr. Vinicius CamposDisciplina de Nanobiotecnologia

Graduação em Biotecnologia - UFPel

Abordagens da aula...

Nanotecnologia

SUPLEMENTOS ALIMENTARESnano/micropartículas para melhorabsorção intestinal.

VITAMINAS EM SPRAYnanogotas para melhorabsorção nasal.

CHOCOLATE em nanopartículas para melhor textura

Alimentos nanoestruturados

• 2500 anos atrás – Filósofos gregos já estudavam qual a unidade formadora dos materiais

• 1959 – Richard Faynman – sugeriu o arranjo de átomos de acordo com a necessidade – considerado o pai da nanotecnologia

Breve Histórico da Nanotecnologia

• A nanotecnologia é um conjunto de técnicas usadas para manipular a matéria na escala de átomos e moléculas – 1 a 100 nm

• Nano é uma medida e não uma tecnologia

• A chave para a nanotecnologia é que em nanoescala a propriedade dos materiais pode mudar drasticamente – efeitos quânticos

Nanotecnologia

Abaixo de 100 nm as propriedades físicas e químicas mudam

• Aumento da área superficial = maior reatividade. Ex.: maior penetração em células

• Novas propriedades óticas, elétricas e magnéticas

Nano X Macro

• Carbono na forma de grafite (lápis) é macio e maleável; em nanoescala pode ser mais resistente que o aço e seis vezes mais leve

Nanotecnologia

Carbono Grafite Nanotubo de Carbono

• O óxido de zinco é normalmente branco e opaco; em nanoescala ele se torna ele se torna transparente;

Nanotecnologia

ZnO Nanocristal de ZnO

• O alumínio em nanoescala pode entrar em combustão espontânesa e pode ser utilizado como combustível para foguetes

Nanotecnologia

Duas abordagens diferentes:

Top-down : redução das dimensões dos dispositivos miniaturização

Abordagem “física”

Bottom-up : montar estruturas a partir de moléculas replicando a Natureza

Abordagem “química”

Nanotecnologia

Divisão da nanotecnologia

• Pode ser dividida em três grandes áreas:

– Nanoeletrônica

– Nanomateriais

– Nanobiotecnologia

Nanotecnologia

Nanoeletrônica

Anos 20 a 70 - Válvulas

Nanoeletrônica

Anos 80 – 2000 - Microchip

Nanoeletrônica

2015 - Nanochip

• Área da nanotecnologia que busca controlar a morfologia dos materiais em escala nano;

• Instrumentos de medição e manipulação

• Microscópio de força atômica

Nanomateriais

155 nm

1.5 1.5 mm

Imagens de DNA obtidas por Microscopia de Força Atômica

Nanobiotecnologia

Quando aplicada às ciências da vida recebe o nome de

Nanobiotecnologia

Formas variadas aplicadas a Industria Farmacêutica e Médica

Emulsões múltiplas e inversas, Micro e nanogéis,

Nanopartículas poliméricas biodegradáveis,Nanopartículas lipídicas sólidas,

Lipossomas, Quantum dots,

etc.

Nanotecnologia

1. Nanotubos

2. Nanopartículas

3. Nanopolímeros

4. Quantum dots/pontos quânticos

Nanobiotecnologia

• Nanotubos de carbono

• Nanotubos de haloisita – naturalmente formados

Nanotubos

• Transfecção de ácidos nucléicos– DNA– RNA– RNAi

• Entrega de fármacos/Drug delivery– Nanoantibióticos– Nanovacinas– Nanoanticorpos

Aplicações dos Nanotubos

Nano-Sperm-mediated gene transfer

• Nanocápsulas

• Nanopartículas magnéticas

• Nanopartículas poliméricas

• Lipossomos

Nanopartículas

Lipossoma Nanopartículas Poliméricas

Nanopartículas Metálicas/Magnéticas

Nanopartículas Lipídicas Sólidas

Nanoemulsões

• Entrega de ácidos nucléicos

• Drug delivery

• Nanoencapsulamento de fármacos– Liberação controlada de fármacos

• Diagnóstico de donças

• Nanocosméticos

Aplicações das Nanopartículas

Nanocosméticos e nanopartículas

Uso de Nanocosméticos

• Partículas metálicas para aumento de brilho em maquiagens;

• Nanoemulsões para cabelos mais hidratantes;

• Proteção de ativos contra a degradação, (encapsulamento da vitamina C);

• Liberação em camadas mais profundas da pele de ativos anti-rugas;

• Melhoria da textura do creme e formação de um filme mais eficiente de protetores solar, (nanopartículas de dióxido de zinco).

Nanocosméticos e nanopartículas

• Nanopolímeros catiônicos

• Nanopolimeros – dendrímeros

Nanopolímeros

• Transfecção de ácidos nucleicos

• Drug delivery

• Scaffolds – Células tronco

Aplicações dos Nanopolímeros

Quantum dots

Funcionalização

Este processo trata das alterações nas propriedades eletrônicas e estruturais das

nanoestruturas. Neste caso, átomos ou moléculas podem ser adsorvidos ou ligados às nanoestruturas, alterando, de alguma forma, as

propriedades originais, acrescentando com novas propriedades.

Funcionalização

Funcionalização

• Se as nanopartículas entram nas células, quais seus efeitos fisiológicos nos tecidos?

• As nanopartículas poderiam ganhar acesso à circulação sistêmica a partir do contato com a pele? Isso seria relevante para medicamentos e cosméticos?

• Qual o efeito de terapias usando nanotubos?

Biossegurança em Nanobiotecnologia

1. 1959 – início da nanotecnologia2. Efeito quântico3. Botton-up/Top-down4. Ciência multidisciplinar5. Nanoeletrônica/Nanomateriais/Nanobiotecnologia6. Nanotubos/Nanopartículas/Nanopolímeros/Nanocosméticos7. Funcionalização8. Biossegurança

Revisando...

Prof. Dr. Vinicius Farias CamposGraduação em Biotecnologiafariascampos@gmail.comvcampos_ib@ufpel.edu.br