NANOTECNOLOGIA: CONCEITOS E PROJEÇÕES COMO TEMA
EMERGENTE PARA 2020 DO SISTEMA
ESTRATÉGICO PARA O GERENCIAMENTO
INTERNACIONAL DE SUBSTÂNCIAS QUÍMICAS
(SAICM)
Semana da Segurança Química16 a 20 de outubro de 2017
Patrícia Moura DiasFUNDACENTRO
São Paulo
SAICMStrategic Approach to International
Chemical ManagementSistema Estratégico para o Gerenciamento
Internacional de Substâncias Químicas
TEMAS EMERGENTES PARA 2020:
• CHUMBO EM TINTAS
• AGENTES QUÍMICOS DISRUPTORES ENDÓCRINOS
• AGENTES QUÍMICOS EM PRODUTOS DE CONSUMO
• NANOTECNOLOGIA
• SUBSTÂNCIAS PERIGOSAS NO CICLO DE VIDA DE
EQUIPAMENTOS ELETRO-ELETRÔNICOS
SAICMStrategic Approach to International
Chemical ManagementSistema Estratégico para o Gerenciamento
Internacional de Substâncias Químicas
TEMAS EMERGENTES PARA 2020:
• CHUMBO EM TINTAS
• AGENTES QUÍMICOS DISRUPTORES ENDÓCRINOS
• AGENTES QUÍMICOS EM PRODUTOS DE CONSUMO
• NANOTECNOLOGIA• SUBSTÂNCIAS PERIGOSAS NO CICLO DE VIDA DE
EQUIPAMENTOS ELETRO-ELETRÔNICOS
NanoSistema Internacional de Unidades SIPrefixo 10-9
Símbolo nDo grego, anão
1 Nanômetro = 1 nm = 1 m / 1.000.000.000
NANOMATERIAL: 1 A 100 NANÔMETROS
1 metro = 1 bilhão de nanômetros
1.000.000.000 nm
1 nanômetro = 1 nm = 10-9 m
http://www.engr.utk.edu/mse/Textiles/Nanofiber%20Nonwovens.htm
1 metro = 1 bilhão de nanômetros
1.000.000.000 nm
1 nanômetro = 1 nm = 10-9 m
http://www.engr.utk.edu/mse/Textiles/Nanofiber%20Nonwovens.htm
1 metro = 1 bilhão de nanômetros
1.000.000.000 nm
1 nanômetro = 1 nm = 10-9 m
http://www.engr.utk.edu/mse/Textiles/Nanofiber%20Nonwovens.htm
Comparando Tamanhos
1 Å
1 nm
10 nm
100 nm
1 µm
100 µm
10 µm
1 mm
100 mm
10 mm
1 m
Fio de cabelo 50 – 100 µm
Glóbulos vermelho 2 – 5 µm
Virus 15 – 150 nm
DNA largura 2 nm
Átomo 0,1 nm
Pontos quânticos10 a 50 átomos de diâmetro - 1 a 5 nm de raio
Nanotubo de carbono
Fulereno
Cabeça de alfinete 1 – 2 mm
Pulga 1 mm
Formiga 5 mm
Bactérias 150 nm – 10 µm
Borboletas~ 50 mm
Bolas ~ 200 mm
Olho nu
Microscópio óptico
Nanomateriais
Tamanho Propriedades
Menor tamanho Maior relação Superfície/Volume
Maior relação Superfície/Volume
Novas Propriedades Físicas e Químicas
A diminuição do tamanho e o aumento da área superficial das partículas faz com que suas
propriedades comecem a ser dominadas porefeitos quânticos
http://www.cfs.gov.hk/english/programme/programme_rafs/programme_rafs_ft_01_04_Nanotechnology.html
http://biology200.gsu.edu/houghton'04/2107%20'14/Figures/Chapter3/Sizes.jpg
Cubo 1 mm
Área superficial
Volume
Relação área / volume
Cubo 2 mm Cubo 4 mm
Maior área superficial
comparada com o volume
Menor área superficial comparada com o
volume
Área Superficial total 6 cm2
Área Superficial total 60 cm2 Cubos de 1 mm
Área Superficial total 60.000.000 cm2 Cubos de 1 nm
Relação superfície/volume
Importância do tamanhoApenas com a redução de tamanho da partícula e sem
alteração de substância, verifica-se que os materiaisapresentam novas propriedades e características.
Área Superficial
Reações químicas no estado sólido acontecem na superfície, onde as ligações químicas são incompletas.
Algumas Propriedades Físico-Químicas dos Nanomateriais
• Cor
• Solubilidade
• Resistência do material
• Condutividade elétrica
• Comportamento magnético,
• Mobilidade (no corpo humano e no meio ambiente)
• Reatividade química
• Atividade biológica
Importância do tamanho• O alumínio em escala nano entra em combustão espontaneamente quando em contato com o oxigênio
• Absorção de radiação solar em células fotovoltaicas é muito maior quando seus componentes se encontram na forma de
nanopartículas em relação a filmes finos, formados por lâminas do material em escala maior.
• O ouro muda de cor. Muda até seu ponto de fusão! Em escala macro ele funde a 1.064oC, dividido em partículas de 5 nmele pode fundir a cerca de 830oC, enquanto partículas de
cerca de 2 nm podem ficar líquidas a 350oC
Importância do tamanho• O alumínio em escala nano entra em combustão espontaneamente quando em contato com o oxigênio
• Absorção de radiação solar em células fotovoltaicas é muito maior quando seus componentes se encontram na forma de
nanopartículas em relação a filmes finos, formados por lâminas do material em escala maior. As nanopartículas
absorvem quantidade maior de radiação solar
• O ouro muda de cor. Muda até seu ponto de fusão! Em escala macro ele funde a 1.064oC, dividido em partículas de 5 nmele pode fundir a cerca de 830oC, enquanto partículas de
cerca de 2 nm podem ficar líquidas a 350oC
Cálice de Licurgo1600 anos
Nanopartículas
http://www.theguardian.com/nanotechnology-world/nanotechnology-is-ancient-history
http://www.scilogs.com/from_the_lab_bench/big-physics-for-small-science/http://letstalkaboutscience.wordpress.com/2013/08/12/plasmons-shiny-metals-and-stained-glass/
NanopartículasOrigem Humana
Origem Natural
“There’s Plenty of Room at the Bottom”, Richard Feynmam, Encontro da Sociedade Americana de Física, CalTech, Dezembro 1959: “Manipular e controlar átomos e moléculas individualmente”
Nanopartículas
1974, Universidade de Tóquio, Prof. Norio Taniguchi usou o termo nanotecnologia.
Na década de 1980, com o advento dos microscópios de varredura por tunelamento: a nanotecnologia começou!
Nanopartículas
CarbonoFormas naturais
Diamante
Grafite
Negro de fumo
Composição química variada, mas contem nanopartículas
Nanomateriaisengenheirados/manufaturados
Fulerenos
Nanotubos de carbonoPropriedadesMecânicas: Um dos materiais maisduros conhecidos (semelhante aodiamante)
Apresenta resistência mecânicaaltíssimaCapaz de suportar altas pesosAlta flexibilidade
Elétricas: Suportam bem a correnteelétrica
Podem atuar com característicasmetálica, semicondutora esupercondutora
Térmicas: Apresenta altíssimacondutividade térmica na direção doeixo do tubo
São cerca de 100 vezes maisresistentes e seis vezes mais levesdo que o aço Paredes múltiplas
Pesquisa testa cabo de alumínio com nanotubosde carbono que aumenta condutividade elétrica,
reduzindo perdas de energia em
até 65%.
Carbono
Grafeno
Se comparada ao aço, ele é seis vezes mais leve, cinco a
seis vezes menos denso, duas vezes mais duro, possui 10 vezes mais
resistência à tensão e 13 vezes maior rigidez à
flexão
Espuma de carbono apoiada sobre flor conhecida como “Dente de Leão”.
Foto: Reuters
Espuma de carbono
Ilhas de átomos de carbono tipicamente entre 6 nm a 9 nm
são interconectadas aleatoriamente formando estruturas tridimensionais
muito leves, sólidas e esponjosas, que podem agir
como semicondutoras.
Nanomateriaisengenheirados/manufaturados
Carbono
MetamateriaisUm metamaterial é um material estruturado na escala nano, não
encontrado na natureza, com propriedades especiais derivadas muito mais de sua estrutura do que de sua composição química.
A criação de metamateriais depende diretamente do desenvolvimento da nanotecnologia
http://www.youtube.com/watch?v=YKGpYrROwDg&feature=fvwp&NR=1http://www.youtube.com/watch?feature=endscreen&v=PD83dqSfC0Y&NR=1http://g1.globo.com/ciencia-e-saude/noticia/2014/09/cientistas-criam-dispositivo-que-funciona-como-capa-da-invisibilidade.html
Produtos e Aplicações
Produtos e Aplicações
Nanomedicina
Sensor que pode ser implantadojunto de tumores para monitoraro seu crescimento. Oequipamento capta níveis deoxigênio próximos do tecido paradetectar se o tumor se desenvolve
Nanoquímica - CatalisadoresCatalisador inorgânico nanoestruturado alcalino
chamado de CNK47 - produção de biodiesel
Nanotecnologia que permite a
redução entre 70% e 90% na
quantidade dos metais nobres
platina e paládio necessários para o
funcionamento dos catalisadores dos automóveis
http://revistapesquisa.fapesp.br/2008/11/01/menos-desperdicio/
Nanopartículas combinadas em materiais
Papel de parede antibacteriano parausar, por exemplo, em hospitais.Em cima, mostra-se fibras de papelconvencional e em baixo asmesmas fibras revestidas comnanopartículas de ZnO
As partículas são mostradas emdetalhe no canto inferior direito.
As nanopartículas têm atividadeantibacteriana, testada com E.Coli. O mesmo princípio pode seraplicado a têxteis.
http://labvirtual.eq.uc.pt/siteJoomla/index.php?option=com_content&task=view&id=116&Itemid=2
NanoquímicaSuperfícies auto-limpantes
Movimento da água só
redistribui a sujeira
Recobrimento com nanopartículas permitem a remoção completa da
sujeira
“Nanotecnolgia e o Cenário Brasileiro” palestra apresentada por Odair Rangel - Suzano Petroquímica.
No ramo metalúrgico – cada vez mais próximo do ramo químico
•Carros mais leves pela substituição do aço por polímeros resistentes
•Espelhos retrovisores que escurecem ao receber a luz de outro veículo
•Sensores que permitem os carros estacionarem sozinhos
•Carros que desamassam sozinhos
•Catalisadores mais eficientes para diminuir produção de poluentes
•Pinturas muito mais resistentes a riscos e aderência de sujeira
•Bancos mais resistentes e que não permitem aderência de sujeira
•Proteção para as partes cromadas
•Produtos com nanopartículas de prata para evitar mofo e apodrecimento. Aplicado uma vez por mês
Película nos vidros que não vão mais embaçar ou aderir sujeira – não
precisam limpadores de para-brisas
Pneus sem ar: roda
Carros elétricos com baterias produzidas com nanotecnologia
Purificador de ar com nano fotocatalisador de carvão ativo
com gerador de anions de ozônio
Importância do Tamanho
Conhecer as características das substâncias em tamanho macro ou
micro não fornece informações sobre suas propriedades, comportamento e
toxicidade em escala nanométrica
Impactos à Saúde dos Trabalhadores
É conhecido que os efeitos toxicológicos das partículas são mais severos conforme diminui o
seu tamanho mas pouco é conhecido sobre o mecanismo pelo qual as partículas
extremamente pequenas migram para dentro do corpo e se acumulam em tecidos e órgãos.
Impactos á Saúde dos TrabalhadoresEstudos epidemiológicos mostram uma correlação
significativa entre a mortalidade devido a
doenças cardiorrespiratórias e a concentração de
partículas de dimensões nanométricas presentes em situações de poluição do ar.
Em dias de greve do metrô em São Paulo há um
significativo aumento dos atendimentos nos hospitais
devido a problemas respiratórios
Vias de penetração• Respiração
– Depositam-se em todo o sistema respiratório
– Podem escapar de mecanismos de defesa específicos
– Translocação do pulmão para o sistema circulatório
– Translocação pelo nervo olfativo e trigêmeo até o cérebro
• Pele
– Através das células do estrato córneo
– Por entre as células do estrato córneo – movimentação dos pulsos
– Folículo do cabelo
– Glândulas de suor
– Através da pele inflamada ou ferida
• Ingestão
Dúvidas
Quais são os métodos apropriados para testes de toxicidade?
Dados contraditórios na literatura
Nanotoxicologiamétodos validados
Importante considerar todo o ciclo de vida
“Fornece uma fonte segura de informação a respeito de produtos de base nanotecnológica em uso numa grande gama
de aplicações industriais”
http://product.statnano.com/
Nanotechnology Products Database
7286 Produtos1438 Empresas
52 Países
Maiores Produtores de Nanotubos de Carbono
China e USA
Pesquisa Científica
NanotecnologiaPRINCÍPIO DA PRECAUÇÃO
PRINCÍPIO DA PRECAUÇÃO“Agência Federal Alemã do Meio Ambiente (UBA), Fevereiro 2014“Conceito para o Registro Europeu de Produtos que Contêm Nanomateriais”
...devido às incertezas particulares relativas à avaliação dos possíveis riscosdos nanomateriais para a saúde humana e para o ambiente, a UBA apoia acriação de um registro europeu de produtos que contenha nanomateriais,como uma medida de precaução. O objetivo do registro seria fornecer umavisão geral dos produtos que estão em desenvolvimento ou já estão nomercado. De acordo com a UBA, isso permitiria que as autoridades públicasdefinissem as prioridades para a execução e o monitoramento, calculassemuma estimativa da exposição aos seres humanos e ao meio ambiente”
Regulação da Nanotecnologia no Brasil e na União Européia, MCTI, 2014
Brasil
• Comitê Interministerial de Nanotecnologia (CIN): 1ª reunião em outubro de 2012, esvaziamento em 2015
• PL 6741/2013, Sarney Filho (PV-MA): Dispõe sobre a Política Nacional de Nanotecnologia, a pesquisa, a produção, o destino de rejeitos e o uso da nanotecnologia no país, e dá outras providências. 05/04/2017
• PL 5133/2013, Sarney Filho (PV-MA): Regulamenta a rotulagem de produtos da nanotecnologia e de produtos que fazem uso da nanotecnologia. 05/04/2017
• Comissão Especial destinada a proferir parecer ao Projeto de Lei nº 5.133, de 2013, ato da Presidência da Câmara dos Deputados, 05.04.2017
