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Luciano Paulino da Silva
CDNB - Nanobiotecnologia e Bioengenharia
Overview
Este vídeo apresenta o conceito de nanômica aplicada, uma abordagem sistêmica e em larga escala para o estudo de nanomateriais, desenvolvida no laboratório de nanobiotecnologia da Embrapa. O palestrante, Luciano Paulino da Silva, detalha as seis linhas de pesquisa do laboratório e explora aplicações práticas da nanômica em 13 subáreas temáticas do Congresso Digital de Nanobiotecnologia e Bioengenharia. O foco é em inovação, sustentabilidade e integração de nanotecnologia com ciências biológicas, desde a síntese até a aplicação em diversas áreas como agricultura, alimentos, meio ambiente, cosméticos, medicina e biofabricação.
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Chapters
- A nanômica é um campo transdisciplinar dedicado ao estudo sistêmico e em larga escala de nanomateriais, integrando síntese, caracterização e aplicações.
- Diferente da nanotecnologia clássica, a nanômica busca uma abordagem integrada e sustentável.
- O palestrante revisita apresentações anteriores no CDNB, destacando a evolução dos conceitos de nanobiofabricação, nanobioconvergência, nanotecnologia das coisas e a integração com IA.
- A nanômica aplicada, tema desta apresentação, foca em resultados práticos de mais de 20 anos de pesquisa no laboratório ElNANO da Embrapa.
Compreender a evolução dos conceitos e a definição de nanômica é fundamental para contextualizar as aplicações práticas que serão apresentadas e para entender a abordagem sistêmica adotada pelo laboratório.
A retrospectiva das apresentações anteriores no CDNB, desde nanobiofabricação até a introdução da nanômica, ilustra a progressão do pensamento e da pesquisa na área.
- O laboratório ElNANO opera sob o princípio de 'pensar macro, planejar micro e realizar nano', com foco em pesquisa, desenvolvimento, inovação e empreendedorismo.
- Possui três módulos de atuação (ElNANO 1, 2, 3) e uma casa de vegetação avançada.
- As seis linhas de pesquisa incluem: 1) Investigação de produtos agropecuários/florestais para desenvolver micro/nanossistemas sustentáveis; 2) Desenvolvimento de lipossomas, lipídicos, metálicos e poliméricos por rotas verdes; 3) Criação de superfícies e nanoestruturas funcionais para diversas aplicações; 4) Avaliação de nanossegurança (nanotoxicidade/nanoecotoxicidade); 5) Fabricação digital (manufatura aditiva/subtrativa/transformativa) e biofabricação/bioimpressão 3D/4D; 6) Escalonamento industrial, gerenciamento de resíduos e aplicação de IA.
Conhecer a estrutura e as linhas de pesquisa do laboratório ElNANO permite entender a amplitude e a profundidade do trabalho desenvolvido, que abrange desde a concepção até a aplicação industrial e a segurança.
A descrição das seis linhas de pesquisa detalha as diferentes frentes de atuação, como o desenvolvimento de micro/nanossistemas lipossomais por rotas de síntese verde ou a avaliação de nanossegurança em modelos in vitro e in vivo.
- A nanômica aplicada investiga o desenvolvimento de nanomateriais de forma exploratória e em larga escala.
- Os dados coletados são estruturados em informações úteis, frequentemente com o auxílio de inteligência artificial.
- A pesquisa prossegue de forma confirmatória e direcionada por perguntas para desenvolver produtos, processos ou serviços.
- As abordagens podem estar em diferentes estágios: consolidadas, em desenvolvimento ou exploratórias.
Esta abordagem metodológica garante que a pesquisa em nanomateriais seja sistemática, baseada em dados e orientada para a geração de soluções aplicáveis e inovadoras.
O processo de investigação exploratória em larga escala, seguido pela estruturação de dados e investigação confirmatória, exemplifica a metodologia da nanômica aplicada.
- O palestrante explora as aplicações da nanômica em 13 subáreas temáticas do evento, incluindo nanoagricultura, nanoalimentos, nanoambiental, nanobiocaracterização, nanocosméticos, nanomedicina, nanossegurança, nanoverde, biomateriais, biofabricação 3D, bioimpressão 3D, biomiméticos e carne cultivada.
- Em nanoagricultura, são desenvolvidos nanobiopesticidas (nanoemulsões com óleos essenciais) e nanobiofertilizantes.
- Na área de nanoalimentos, destacam-se películas e filmes comestíveis, além de nanossensores magnetotermocrômicos para monitoramento da cadeia fria.
- Para a área nanoambiental, são apresentadas soluções de nanorremediação de contaminantes em água usando nanomateriais magnéticos e nanossensores para detecção de solventes.
Demonstrar as aplicações em diversas subáreas mostra a versatilidade e o impacto da nanômica em diferentes setores, conectando a pesquisa básica com soluções práticas e inovadoras.
O processo 'Pura' (Processo Universal para Recuperação de Água), que utiliza nanomateriais magnéticos para remover contaminantes da água, é um exemplo concreto de aplicação nanoambiental.
- A nanobiocaracterização utiliza técnicas como a microscopia de força atômica (AFM) para imageamento de alta resolução de células, fibras (teias de aranha) e pelos/pelagens, permitindo análise estrutural e mecânica.
- Em nanocosméticos, são desenvolvidas nanoemulsões cosmecêuticas e tatuagens magnetorremovíveis com nanopigmentos magnéticos.
- Na nanomedicina, o foco é em nanossondas para reconhecimento de biomoléculas, nanodiagnóstico com AFM para caracterização celular e autonanoterapia com vesículas biomiméticas.
Estas áreas ilustram como a nanotecnologia e a nanômica avançam o diagnóstico, a prevenção e o tratamento de doenças, além de inovar na indústria cosmética e na caracterização de materiais biológicos.
O uso da microscopia de força atômica para diferenciar e agrupar células vermelhas sanguíneas de diferentes vertebrados com base em suas características estruturais é um exemplo de nanobiocaracterização.
- A nanossegurança foca no desenvolvimento de protocolos preditivos para avaliação de risco de nanomateriais, garantindo conformidade com princípios de segurança.
- A nanoverde utiliza rotas de síntese sustentáveis, muitas vezes com resíduos agroindustriais ou biodiversidade, para produzir nanomateriais como nanopartículas de prata.
- Em biomateriais, são desenvolvidos tubetes multifuncionais e biodegradáveis para substituição de plásticos na produção vegetal.
- A biofabricação 3D e a bioimpressão 3D utilizam nanobiofabricação para criar estruturas complexas, miniórgãos e tecidos em chip, com aplicações em testes de cosméticos, fármacos e agroquímicos.
Estas áreas destacam o compromisso com a segurança, a sustentabilidade e a criação de novas abordagens para a fabricação de materiais e estruturas biológicas, abrindo caminhos para a bioengenharia avançada.
A produção de nanopartículas de prata a partir de extratos aquosos de cascas de frutas (nanoaproveitamento de resíduos agroindustriais) é um exemplo de nanoverde e sustentabilidade.
- Biomiméticos buscam resolver problemas práticos inspirando-se em sistemas biológicos, como o desenvolvimento de membranas seletivas bioinspiradas e dispositivos microfluídicos.
- A carne cultivada visa produzir tecido muscular comestível a partir de células animais, oferecendo uma alternativa ética e sustentável à carne convencional, utilizando nanomateriais para microcarreadores e scaffolds.
- Lições aprendidas com a nanômica incluem a importância da curadoria de dados, da mensuração da sustentabilidade, da nanossegurança preditiva, da maturação da transdisciplinaridade e da escalabilidade dos processos.
- A nanômica é uma realidade no laboratório ElNANO e um convite à reflexão sobre a superação do reducionismo em favor de abordagens mais amplas e integradas.
A exploração de biomiméticos e carne cultivada demonstra a fronteira da inovação em bioengenharia, enquanto as lições aprendidas reforçam os princípios fundamentais para o avanço científico e tecnológico.
O desenvolvimento de membranas seletivas bioinspiradas a partir de cascas de ovos exemplifica a abordagem biomimética para criar materiais com propriedades específicas.
Key takeaways
- A nanômica representa uma evolução da nanotecnologia, focando em uma abordagem sistêmica, em larga escala e sustentável para o estudo e aplicação de nanomateriais.
- O laboratório ElNANO da Embrapa é um centro de excelência em nanobiotecnologia, com seis linhas de pesquisa diversificadas que abrangem desde a síntese verde até o escalonamento industrial e a nanossegurança.
- A aplicação da nanômica em áreas como nanoagricultura, nanoalimentos e nanoambiental oferece soluções inovadoras para desafios contemporâneos, como a produção de alimentos, a remediação ambiental e a segurança.
- Técnicas avançadas como a microscopia de força atômica são cruciais para a nanobiocaracterização, permitindo análises detalhadas em nanoescala para aplicações em medicina, cosméticos e ciência de materiais.
- A nanoverde e a busca por rotas de síntese sustentáveis são essenciais para minimizar o impacto ambiental da produção de nanomateriais, utilizando resíduos e biodiversidade.
- Biofabricação 3D, bioimpressão e biomiméticos abrem novas fronteiras na bioengenharia, permitindo a criação de estruturas biológicas complexas e a mimetização de sistemas naturais.
- A sustentabilidade e a nanossegurança devem ser integradas desde o início do processo de desenvolvimento, não como etapas posteriores, e a escalabilidade é um fator chave para a aplicação prática das inovações.
Key terms
NanômicaNanotecnologiaNanossegurançaNanoverdeSíntese VerdeBiofabricação 3DBioimpressão 3DBiomateriaisBiomiméticosMicroscopia de Força Atômica (AFM)
Test your understanding
- Qual a principal diferença entre a nanotecnologia clássica e a nanômica, conforme apresentado pelo palestrante?
- Como o laboratório ElNANO estrutura suas atividades de pesquisa e desenvolvimento em nanotecnologia?
- De que maneira a nanômica aplicada contribui para a área de nanoagricultura, segundo os exemplos citados?
- Explique o conceito de nanoverde e cite um exemplo de aplicação prática apresentado no vídeo.
- Quais são as lições mais importantes que a experiência com a nanômica ensinou ao time do ElNANO?