O conceito de tecnologia em nível molecular, muitas vezes chamada de nanotecnologia, é recente é engloba uma série de técnicas de manipulação e alteração de átomos e moléculas para a criação de produtos de escala maiores, como nanomateriais e nanoeletrônicos.
Figura 1: Exemplo de estrutura desenvolvida com nanotecnologia
Por se tratar de estudos que contemplam a escala do nanômetro, aproximadamente um bilhão de vezes menor do que o metro, conceitos de mecânica quântica são extremamente importantes quando se deseja trabalhar com esse meio. Dessa forma, o objetivo principal do estudo da nanotecnologia deixa de ser puramente tecnológico e passa a ter um caráter teórico, com diversas pesquisas e estudos científicos voltados para a área.
A origem da nanotecnologia
Os conceitos iniciais e introdutórios da nanotecnologia foram debatidos em 1959 por Richard Feynman, que afirmava ser possível a criação de formas complexas a partir da manipulação e alteração de átomos e moléculas.
Ainda que alguns estudos e pesquisas já houvessem sido realizados, a introdução e popularização do termo “nanotecnologia” aconteceu com a publicação do livro Engines of Creation, do engenheiro e cientista Eric Drexler, em 1986. Em seus textos, discorria sobre assuntos relacionados à nanotecnologia e também sobre o controle atômico de moléculas. Desde a popularização dos conceitos apresentados pela nanotecnologia na década de 80 os cientistas e estudiosos da área têm focado suas investigações no desenvolvimento de mecanismos cada vez menores, com cada vez menos quantidade de átomos.
Um dos principais acontecimentos que levou ao crescimento e avanço da nanotecnologia foi a invenção do microscópio de corrente de tunelamento, em 1981. O microscópio era capaz de apresentar a visualização de átomos e de cadeias atômicas, sendo responsável pela manipulação individual de átomos em 1989.
Recentemente o campo de pesquisa tem adquirido uma atenção muito maior de setores políticos e comerciais. Diversas dúvidas e implicações surgiram com base nas possíveis aplicações da nanotecnologia, debatendo conceitos éticos e questionamentos religiosos sobre o assunto. Apesar disso, o comércio de produtos nanotecnológicos aumenta a cada dia. A maioria das aplicações é baseada nos nanomateriais, com o uso de nanopartículas de prata e sílica, por exemplo.
Principais aplicações
É possível então entender a nanotecnologia como sendo uma engenharia de sistemas em escala molecular. Dessa forma, a ideia é a construção de produtos de alta performance e aplicabilidade, a partir da utilização de técnicas e ferramentas capazes de modificar e manusear estruturas moleculares.
Por se tratar de um ramo com estudos recentes, cada vez mais vertentes da nanotecnologia são descobertas. Dentre essas diversas aplicações e ramos de estudo, é possível citar:
- Nanomedicina: basicamente, é a aplicação da nanotecnologia com fins médicos. Utiliza de nanomateriais e também de sensores nanoeletrônicos para soluções em escala molecular, que antes não eram possíveis. Existem diversas aplicações práticas já em utilização, como o encaminhamento de remédios para células específicas, a utilização de nanomateriais para a reconstrução de tecidos e purificação do sangue através de dispositivos nanométricos, que filtram toxinas do meio.
- Nanotoxologia: é a vertente focada no estudo do impacto de toxicidade causado pela utilização de nanomateriais. Devido ao seu tamanho, algumas propriedades relacionadas aos nanomateriais ainda são incógnitas e, dessa forma, são um tópico importante quando se deseja entender a interação que esse tipo de material pode ter quando em contato com organismos vivos.
- Nanotecnologia verde: voltada para aplicações sustentáveis utilizando conceitos e elementos da nanotecnologia. Seu principal objetivo é apresentar as vantagens da substituição de alguns materiais comuns por nanomateriais, ressaltando a maior sustentabilidade gerada por eles. Os maiores exemplos são células de captação solar, mecanismos de filtragem de água e nano mecanismos de decomposição de plástico.
- Nanomateriais: um dos ramos mais importantes e de alta aplicação da nanotecnologia, responsáveis pela criação de materiais cuja menor unidade é na casa de nanômetros. Une diversos conceitos de engenharia dos materiais na tentativa de entender e desenvolver elementos com características únicas, não encontradas nos materiais comuns.
- Nanoeletrônicos: é a área referente a aplicação da nanotecnologia para a criação de componentes eletrônicos. São elementos tão pequenos que é necessário realizar um estudo específico sobre as interações entre os átomos e também sobre as propriedades de mecânica quântica. As principais utilizações são em semicondutores, nanofibras e até elementos eletrônicos moleculares. A ideia por trás desses mecanismos é a otimização de espaço e aumento de potencial, seja condutivo ou capacitivo, dos elementos.
Figura 2: Exemplo de nanosensor aplicado na medicina
- Nanometrologia: como o próprio nome já mostra, é o estudo das dimensões e tolerâncias em escala nano. É extremamente importante para a construção de nanomateriais e nanoeletrônicos, visto que essas aplicações necessitam ter um alto teor de precisão nas suas medidas. A maior dificuldade enfrentada por essa área de estudo é a criação de novas técnicas e aparelhos de medições, que sejam capazes de atuar na escala nanométrica.
- Nanotecologia Molecular: em inglês chamada de MNT, é uma das formas mais avançadas de nanotecnologia. Diferente dos nanoeletrônicos, a MNT faz uso de mecanismos de síntese com controladores de posição para a criação de diversos produtos mais complexos. É frequentemente chamada de manufatura molecular. Os principais usos são na criação de nanosensores, nanorobôs replicadores e nanorobôs médicos.
- Engenharia molecular: campo de estudo recente, que surgiu com o avanço das demais modalidades. Compreende a elaboração e teste de diversos elementos nanotecnologicos, visando entender suas propriedades físicas e comportamentos químicos, visando buscar melhores materiais e aplicações mais específicas. É um ramo extremamente dinâmico e versátil, visto que utiliza de diversos outros campos da engenharia e das ciências tradicionais. Dessa forma, necessita de engenheiros criativos e que sejam capazes de assimilar todas as informações necessárias para solucionar diversos problemas complexos.
O profissional atuante no estudo e aplicação da nanotecnologia necessita ter um grande conhecimento em ferramentas complexas, como modelagem computacional de moléculas e modelos de alta performance. Além disso, utiliza várias formas de microscopia e espectroscopia, além de ser necessário conhecer os diversos métodos de síntese de materiais e de estudo de superfícies.
O futuro da nanotecnologia
O futuro da nanotecnologia é um assunto que vem sendo bastante tratado nos mais diversos artigos e pesquisas. Diversas especulações são feitas, tentando prever tudo o que pode acontecer. Por se tratar de uma ciência que emerge cada vez mais rápido, pesquisadores apontam que o potencial gerado na economia pela nanotecnologia será significante nas próximas décadas.
É esperado que a nanotecnologia tenha quatro fases distintas de avanço. A primeira, vivida atualmente, é extremamente focada na ciência envolvida por trás dos nanomateriais, bem como todas as suas aplicações. A segunda é voltada para a utilização de nanoestruturas como bioativos, entregando medicamentos para células e órgãos específicos. Por fim, as duas ultimas fases são as mais complexas. É esperado um avanço significativo na fabricação de nanorobôs e em suas capacidades, como a reconstrução de tecidos e órgãos artificialmente.
Além de aplicações voltadas a organismos individuais e também relacionadas à comercialização, é esperado que a nanotecnologia tenha um papel importante para o meio ambiente. A partir de nanorobôs capazes de remover impurezas da água, ou até de recriar a camada de ozônio.
Apesar de parecerem muito distantes e não plausíveis, os avanços são rápidos e a probabilidade de acontecerem nas próximas décadas é algo extremamente fomentado pelos pesquisadores e cientistas da área.
