COLEÇÃO NANOCIÊNCIA E NANOTECNOLOGIA: PRINCÍPIOS E APLICAÇÕES (GRANDES ÁREAS DA NANOCIÊNCIA)

COLEÇÃO NANOCIÊNCIA E NANOTECNOLOGIA: PRINCÍPIOS E APLICAÇÕES

GRANDES ÁREAS DA NANOCIÊNCIA VOLUME 2

COLEÇÃO NANOCIÊNCIA E NANOTECNOLOGIA: PRINCÍPIOS E APLICAÇÕES

GRANDES ÁREAS DA NANOCIÊNCIA VOLUME 2

ORGANIZADORES

Alessandra Luzia Da Róz Fabio de Lima Leite Marystela Ferreira Osvaldo Novais de Oliveira Jr.

© 2015, Elsevier Editora Ltda. Todos os direitos reservados e protegidos pela Lei no 9.610, de 19/02/1998. Nenhuma parte deste livro, sem autorização prévia por escrito da editora, poderá ser reproduzida ou transmitida sejam quais forem os meios empregados: eletrônicos, mecânicos, fotográficos, gravação ou quaisquer outros.

Copidesque: Wilton Fernandes Palha Revisão: Vanessa Raposo Editoração Eletrônica: Estúdio Castellani Elsevier Editora Ltda. Conhecimento sem Fronteiras Rua Sete de Setembro, 111 – 16o andar 20050-006 – Centro – Rio de Janeiro – RJ – Brasil Rua Quintana, 753 – 8o andar 04569-011 – Brooklin – São Paulo – SP – Brasil Serviço de Atendimento ao Cliente 0800-0265340 [email protected]

ISBN 978-85-352-8090-6 ISBN (versão digital): 978-85-352-8093-7 Nota: Muito zelo e técnica foram empregados na edição desta obra. No entanto, podem ocorrer erros de digitação, impressão ou dúvida conceitual. Em qualquer das hipóteses, solicitamos a comunicação ao nosso Serviço de Atendimento ao Cliente, para que possamos esclarecer ou encaminhar a questão. Nem a editora nem o autor assumem qualquer responsabilidade por eventuais danos ou perdas a pessoas ou bens, originados do uso desta publicação.

CIP-Brasil. Catalogação na Publicação Sindicato Nacional dos Editores de Livros, RJ G779

Grandes áreas da nanociência/ Adriano Moraes Amarante ... [et al.]; organização Alessandra Luzia da Róz ... [et al.]. – 1. ed. – Rio de Janeiro: Elsevier, 2015. 24 cm. (Nanociência e nanotecnologia: princípios e aplicações; 2) ISBN 978-85-352-8090-6 1. Nanociência. 2. Nanotecnologia. 3. Inovações tecnológicas. I. Amarante, Adriano Moraes. II. Róz, Alessandra Luzia da. III. Série.

14-17323

CDD: 620.5 CDU: 620.3

DEDICATÓRIAS

Os autores dedicam esta obra a todos os cientistas que pesquisam na área de nanociência, nanotecnologia e áreas correlatas. Além disso, os organizadores têm dedicatórias individuais a fazer.

ALESSANDRA LUZIA DA RÓZ

Dedico esta obra ao meu pai José Maria Da Róz (in memoriam) e à minha mãe Luzia Cirullo Da Róz pela dedicação, apoio e incentivo desde os primeiros anos de meus estudos. À minha irmã Talita pelo otimismo, e ao meu esposo Fábio e à minha filha Agatha por serem minha razão de viver. FÁBIO DE LIMA LEITE

Dedico esta obra a minha esposa Alessandra (por seu otimismo inabalável), a minha filha Agatha (por existir), a meus irmãos Andréa e Gilberto (por acreditarem) e a meus pais Maria Luzia e Wilson por todo o amor, amparo e sacrifício de longo prazo. Dedico também esta obra aos meus “incansáveis” amigos Ismail e Ivo, pela grande sabedoria e companheirismo ao longo dos anos. MARYSTELA FERREIRA

Dedico esta obra, em especial, ao meu pai Walter Ferreira (in memoriam), que investiu na educação de suas cinco filhas e hoje todas atuam na área de pesquisa e ensino.

AGRADECIMENTOS

Gostaríamos de expressar nossa profunda gratidão a todos os alunos, pesquisadores e professores que contribuíram de forma dedicada, paciente e minuciosa para a realização desta obra. Reconhecemos a importância dos órgãos de fomento do Brasil que proporcionaram, em muitos casos, apoio financeiro para o desenvolvimento das pesquisas relatadas neste livro. Manifestamos, imensamente, a guarida da Universidade Federal de São Carlos e da Universidade de São Paulo por fornecerem condições essenciais para o desenvolvimento desta obra. Agradecemos à equipe da Editora Elsevier do Brasil, em especial André Gerhard Wolff e Vanessa Huguenin, pela confiança depositada e pela dedicação à edição desta obra. Além disso, os organizadores têm reconhecimentos individuais a fazer.

ALESSANDRA LUZIA DA RÓZ

Agradeço a todos os meus professores, desde o ensino pré-escolar, por me incentivarem a olhar o mundo com outros olhos. Meus reconhecimentos ao meu orientador de mestrado e doutorado Professor Doutor Antônio Aprígio da Silva Curvelo por me dar a chance de ingressar no mundo acadêmico e por seus ensinamentos singulares. Aos meus supervisores de pós-doutorado, Professor Doutor Osvaldo Novais de Oliveira Júnior e Professor Doutor Fábio Minoru Yamaji, por sua confiança em minha capacidade. Presto meu reconhecimento ao Professor Doutor Fabio de Lima Leite e à Professora Doutora Marystela Ferreira pela confiança em meu trabalho na organização deste livro. Ainda, e não menos importante, agradeço meu esposo e filha pelo amor e apoio incondicionais.

AGRADECIMENTOS

VII

FÁBIO DE LIMA LEITE

Agradeço cordialmente a todos os meus ex-professores universitários, em especial ao Professor Doutor Ervino Carlos Ziemath por sua grande dedicação, incentivo, valiosas discussões e amizade prestados durante a minha graduação em Física na Unesp em Rio Claro. Expresso também minha gratidão especial aos meus ex-orientadores de mestrado (Doutor Paulo Sérgio de Paula Herrmann Júnior), doutorado (Doutor Luiz Henrique Capparelli Mattoso) e pós-doutorado (Professor Doutor Osvaldo Novais de Oliveira Júnior), por suas lideranças e ensinamentos valiosos para a minha carreira profissional, além de conseguirem reacender o meu entusiasmo pela ciência, diante de tantas dificuldades durante esse período. Sou particularmente grato a todos os alunos do Grupo de Pesquisa em Nanoneurobiofísica pelo empenho, entusiasmo e inestimável engajamento em nossa pesquisa. Sou muito grato pelo reconhecimento e por acreditarem que poderíamos transpor novas fronteiras na ciência. Agradeço também à rede de nanobiotecnologia nBioNet, à FAPESP, ao CNPq e à CAPES pelo apoio financeiro em diversos projetos de pesquisa relacionados com os temas abordados neste livro. Finalmente, meu especial agradecimento à minha família por todo apoio, amor e suporte permanentes e por entender os vários momentos em que estive ausente. MARYSTELA FERREIRA

Agradeço a todas as pessoas que contribuíram e contribuem para a minha formação profissional e a todos os integrantes do grupo de pesquisa em Nanociência e Nanotecnologia Aplicada a Sensores. Muitos são os nossos desafios e aos poucos vamos superando cada um deles. Agradeço também à minha família e em especial à minha pequena Laura, amor da minha vida. OSVALDO NOVAIS DE OLIVEIRA JÚNIOR

Meus agradecimentos especiais vão para os colegas do Grupo de Polímeros Bernhard Gross, do Instituto de Física de São Carlos, USP, e colaboradores de diversas instituições no Brasil e no exterior. Em particular, devo agradecer aos colaboradores do Instituto Nacional de Eletrônica Orgânica (INEO) e da rede de nanobiotecnologia nBioNet.

OS ORGANIZADORES

ALESSANDRA DA RÓZ

Possui graduação em Licenciatura em Ciências Exatas com Habilitação em Química pela Universidade de São Paulo (1997), mestrado e doutorado em Ciências e Engenharia de Materiais pela Universidade de São Paulo (2000 e 2004) e pós-doutorado DTI (Desenvolvimento Tecnológico Industrial-CNPq) junto ao Instituto de Física de São Carlos da Universidade de São Paulo (2009). Atualmente realiza pós-doutorado PNPD (Programa Nacional de Pós-Doutorado-CAPES) na Universidade Federal de São Carlos. Tem experiência na área de Engenharia de Materiais, com ênfase em polímeros e suas aplicações, atuando principalmente nos seguintes temas: modificação química e processamento de polímeros, biomassa lignocelulósica e biocombustíveis sólidos. Publicou 13 artigos em periódicos especializados, um capítulo de livro, e possui duas patentes de invenção registradas no Instituto Nacional de Propriedade Industrial (INPI). É revisora para diversos periódicos nacionais e internacionais.

FÁBIO DE LIMA LEITE

Possui graduação em Física (bacharelado e licenciatura) pela Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho (2000) e mestrado (2002) e doutorado (2006) em Ciência e Engenharia de Materiais pela Universidade de São Paulo (2006). No período de 2006 a 2008, realizou um pós-doutorado no Instituto de Física de São Carlos (IFSC-USP) e em 2008 e 2009 realizou seu pós-doutorado em colaboração com a Embrapa

OS ORGANIZADORES

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Instrumentação Agropecuária. Foi Bolsista Jovem Pesquisador da FAPESP (20092012). No doutorado trabalhou em parceria com o Professor Doutor Alan Graham MacDiarmid, laureado com o Prêmio Nobel em Química de 2000, com o qual publicou um artigo no Journal of Nanoscience and Nanotechnology, em 2009. Atualmente é Bolsista de Produtividade em Pesquisa, Nível 2, do CNPq, Professor Adjunto III na Universidade Federal de São Carlos (UFSCar) – Campus Sorocaba, Coordenador do Grupo de Pesquisa em Nanoneurobiofísica (GNN) (www.nanoneurobiophysics. net) e do Programa Futuro Cientista (www.futurocientista.net), desenvolvido junto às escolas públicas com o apoio dos setores público e privado. Tem experiência nas áreas de nanociência e nanotecnologia, com ênfase em nanoscopia, nanoneurociência e nanobiofísica médica. É credenciado junto ao Programa de Pós-Graduação em Biotecnologia e Monitoramento Ambiental da UFSCar (PPGBMA), Programa de Pós-Graduação em Física (IFSC-USP) e Programa de Pós-Graduação em Medicina Tropical da Universidade de São Paulo (IMT-USP). Publicou cerca de 50 artigos em periódicos especializados, 10 capítulos de livros, um livro, e possui duas marcas registradas no Instituto Nacional de Propriedade Industrial (INPI). É membro do corpo editorial da revista Chemical Sensors e revisor para diversos periódicos. Atualmente é membro colaborador do Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia de Sistemas Micro e Nanoeletrônicos e membro efetivo da Rede nBioNet (CAPES), Rede Agronano (Embrapa) e da American Nano Society.

MARYSTELA FERREIRA

Professora adjunta IV na Universidade Federal de São Carlos (UFSCar), campus Sorocaba-SP. Bacharel em Química pela Universidade de São Paulo, USP, Instituto de Química de São Carlos (IQSC) em 1993 e licenciada em Química (1995) também pelo IQSC. Mestre em 1996 (IQSC) e obteve o título de doutor em 2000 na área de Físico-Química (IQSC). Fez vários estágios de pós-doutorado entre os anos de 2000 e 2004 no Instituto de Física de São Carlos (IFSC) na USP e coordenou um projeto Jovem Pesquisador financiado pela FAPESP de 2004 a 2007 na Unesp em Presidente Prudente (SP). Sua área de atuação é em desenvolvimento de materiais utilizando filmes fines nanoestruturados com técnicas Langmuir Blodgett (LB) e Layer by-Layer (LbL) visando a interação de modelos de membranas e o desenvolvimento de sensores eletroquímicos ambientais e biossensores. Foi responsável pela criação do curso de Licenciatura em Química, UFSCar o qual coordenou desde o início em 2009 até a formação da primeira turma em 2013. Faz parte de dois programas

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GRANDES ÁREAS DA NANOCIÊNCIA

de pós-graduação, sendo um em Ciência dos Materiais na UFSCar e o outro em Ciência e Tecnologia de Materiais (Posmat), Unesp, Bauru. Atualmente, tem mais de 50 artigos publicados em periódicos com revisão. Revisora de diversos periódicos nacionais e internacionais. OSVALDO N. OLIVEIRA JR.

Físico por formação, doutor pela Bangor University, Reino Unido. É professor do Instituto de Física de São Carlos (IFSC), Universidade de São Paulo, membro da Academia de Ciências do Estado de São Paulo. É membro fundador do Núcleo Interinstitucional de Linguística Computacional (NILC), que desenvolveu o revisor gramatical ReGra, agraciado com dois prêmios de inovação tecnológica. Suas principais áreas de atuação são em filmes orgânicos nanoestruturados, tópico de física da matéria condensada, e processamento de línguas naturais. Recebeu o Prêmio Scopus 2006, outorgado pela Elsevier do Brasil e a CAPES, como um dos 16 pesquisadores brasileiros com maior produção científica, com base no número de publicações, citações e orientações.

OS AUTORES

ADRIANO MORAES AMARANTE

Graduado em Física e licenciatura plena pela Universidade Federal de São Carlos (UFSCar) Campus Sorocaba (2013). Possui uma graduação anterior em Tecnologia em Sistemas Biomédicos em 2007 pela Faculdade de Tecnologia de Sorocaba (FATEC-SO). Atualmente é aluno de Doutorado em Física Aplicada pelo Instituto de Física de São Carlos/USP. Desenvolve pesquisa na área de Física Biomolecular e no desenvolvimento de nanobiossensores. CAROLINA DE CASTRO BUENO

Engenheira Ambiental formada pela Pontifícia Universidade Católica de Campinas (PUC-Campinas) em 2009. Tem experiência nas áreas de Nanotecnologia, Nanociência e Microscopia de Força Atômica (AFM), com ênfase em estudos que envolvem a construção de superfícies inteligentes para criação de nanobiossensores. Atuou no projeto de Avaliação de Risco e Impactos Ambientais de Nanotecnologias da Embrapa Meio Ambiente. É mestra em Ciência dos Materiais, Nanotecnologia e Nanociência (UFSCar) – na área de Microscopia e Espectroscopia de Força Atômica com ênfase em nanoscopia/nanobiossensores para monitoramento da qualidade ambiental no setor agrícola. Atualmente é doutoranda em Ciências Ambientais (UNESP) atuando na área de Engenharia de Biochar e qualidade do solo.

XII

GRANDES ÁREAS DA NANOCIÊNCIA

CLARICE STEFFENS

Graduada em Engenharia de Alimentos pela Universidade Regional do Alto Uruguai e das Missões (2006), possui mestrado em Engenharia de Alimentos pela Universidade Regional do Alto Uruguai e das Missões (2009) e doutorado em Biotecnologia pela Universidade Federal de São Carlos (2012). Atualmente é Professora Titular do Departamento de Engenharia de Alimentos, Química, Nutrição, Engenharia Agrícola da Universidade Regional do Alto Uruguai e das Missões URI Erechim e docente do Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Alimentos. Tem experiência na área de Engenharia de Alimentos, no segmento de lácteos no tema concentração de leite em evaporador rotativo a vácuo, visando a elaboração de produtos lácteos com baixo teor de gordura, como leite concentrado, queijos e doce de leite; na área de desenvolvimento e instrumentação e controle de processos atua especialmente no desenvolvimento de sensores de gases de baixo custo (nariz eletrônico) para detecção de compostos orgânicos voláteis; na área de nanotecnologia deposição de nanofibras de polímero condutor em sensores descartáveis; na área de MEMS sensores de microcantilevers de microscopia de força atômica funcionalizados com polímeros condutores para detecção de compostos orgânicos voláteis e umidade relativa; e no desenvolvimento de nanossensores e nanobiossensores com grande limite de detecção para aplicação na detecção de vapor de água, amadurecimento de frutas, pesticidas, metais pesados e feromônios. DAIANA KOTRA DEDA

Bacharel e licenciada em Química pela Universidade Estadual do Centro-Oeste (2006) e doutora em Ciências pela Universidade de São Paulo (2011). Atualmente é pós-doutoranda na Universidade de São Paulo. Tem experiência nas áreas de Nanociência e Nanotecnologia, com ênfase no desenvolvimento de nanobiomateriais. Atua principalmente nos seguintes temas: desenvolvimento e caracterização de nanomateriais; desenvolvimento de fotossensibilizadores para terapia fotodinâmica; encapsulamento de fármacos e desenvolvimento de nanosistemas de liberação controlada; estudos de interação de nanoestruturas com sistemas biológicos; toxicidade de nanomateriais in vitro e in vivo.

OS AUTORES

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EDUARDO DE FARIA FRANCA

Professor do Instituto de Química da Universidade Federal de Uberlândia desde 2010. É licenciado e bacharel em Química pela Universidade Federal de Uberlândia (2003), possui mestrado em Química pela Universidade Federal de Uberlândia (2005), doutorado em Química pela Universidade Federal de São Carlos (2009) e pós-doutorado em Física pelo Instituto de Física de São Carlos da USP (2010). É pesquisador em Química Teórica e Cristalografia, e possui vasta experiência em cálculos mecânicos clássicos, quânticos e híbridos (QM/MM) para a realização de simulação computacional atomística de sistemas biológicos, novos materiais, complexos organometálicos e nanobiossensores. É autor e coautor de muitos artigos e capítulos de livros relacionados com Química Teórica e cristalografia desde 2002.

FÁBIO DE LIMA LEITE

Possui graduação em Física (bacharelado e licenciatura) pela Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho (2000) e mestrado (2002) e doutorado (2006) em Ciência e Engenharia de Materiais pela Universidade de São Paulo (2006). No período de 2006 a 2008, realizou um pós-doutorado no Instituto de Física de São Carlos (IFSC-USP) e em 2008 e 2009 realizou seu pós-doutorado em colaboração com a Embrapa Instrumentação Agropecuária. Foi Bolsista Jovem Pesquisador da FAPESP (20092012). No doutorado trabalhou em parceria com o Professor Doutor Alan Graham MacDiarmid, laureado com o Prêmio Nobel em Química de 2000, com o qual publicou um artigo no Journal of Nanoscience and Nanotechnology, em 2009. Atualmente é Bolsista de Produtividade em Pesquisa, Nível 2, do CNPq, Professor Adjunto III na Universidade Federal de São Carlos (UFSCar) – Campus Sorocaba, Coordenador do Grupo de Pesquisa em Nanoneurobiofísica (GNN) (www.nanoneurobiophysics. net) e do Programa Futuro Cientista (www.futurocientista.net), desenvolvido junto às escolas públicas com o apoio dos setores público e privado. Tem experiência nas áreas de nanociência e nanotecnologia, com ênfase em nanoscopia, nanoneurociência e nanobiofísica médica. É credenciado junto ao Programa de Pós-Graduação em Biotecnologia e Monitoramento Ambiental da UFSCar (PPGBMA), Programa de Pós-Graduação em Física (IFSC-USP) e Programa de Pós-Graduação em Medicina Tropical da Universidade de São Paulo (IMT-USP). Publicou cerca de 50 artigos em periódicos especializados, 10 capítulos de livros, um livro, e possui duas marcas

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GRANDES ÁREAS DA NANOCIÊNCIA

registradas no Instituto Nacional de Propriedade Industrial (INPI). É membro do corpo editorial da revista Chemical Sensors e revisor para diversos periódicos. Atualmente é membro colaborador do Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia de Sistemas Micro e Nanoeletrônicos e membro efetivo da Rede nBioNet (CAPES), Rede Agronano (Embrapa) e da American Nano Society. FÁBIO RUIZ SIMÕES

Bacharel em Química (1999), Mestre em Química (2001) e Licenciado em Química (2002) pela Universidade Federal de São Carlos (UFSCar). Doutor pelo Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais da Universidade de São Paulo (USP), Escola de Engenharia de São Carlos (2005). No Doutorado, desenvolveu trabalhos de sensores eletroanalíticos de pesticidas em águas naturais, pela Embrapa Instrumentação Agropecuária (CNPDIA-EMBRAPA). Fez Doutorado Sanduíche em Química Analítica no Departamento de Química da Universidade de Coimbra. Trabalhou como pesquisador DTI nível 7 C (CNPq) no desenvolvimento do sistema sensorial “Língua Eletrônica” no projeto “Suco-Sensor”. Trabalha na área de Eletroanálise e no desenvolvimento de sensores ambientais, atuando principalmente nos seguintes temas: sensores eletroanalíticos de pesticidas, polímeros condutores, materiais nanoestruturados e nanotubos de carbono. Tem Pós-Doutorado concluído pelo Departamento de Química da Universidade Federal de São Carlos e pelo Campus da UFSCar de Sorocaba. No período entre Agosto de 2009 a julho de 2014 foi Professor Adjunto do Instituto de Ciências Ambientais, Químicas e Farmacêuticas da Universidade Federal de São Paulo (ICAQF-UNIFESP) no Campus de Diadema. Atualmente, desde Agosto de 2014, é Professor Adjunto III no Departamento de Ciências do Mar no Campus da Baixada Santista da UNIFESP (DCMar-UNIFESP). FERNANDO JOSEPETTI FONSECA

Graduado em Engenharia Elétrica com ênfase em Eletrônica na Escola de Engenharia de São Carlos da Universidade de São Paulo (1981). Possui mestrado em Física Aplicada pelo Instituto de Física e Química de São Carlos da Universidade de São Paulo (1985) e doutorado em Microeletrônica pela Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (1994). Docente desde 1987 no Departamento de Engenharia de Sistemas Eletrônicos da Escola Politécnica da USP, é Professor Associado desde 2004. É

OS AUTORES

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presidente da Comissão de Relações Internacionais da Escola Politécnica da USP desde 2009, onde atua desde 2004. Foi membro da Comissão de Direitos Humanos da USP de 1999 a 2008. Cofundador do Grupo de Eletrônica Molecular da Escola Politécnica da USP, tem interesse no desenvolvimento de sensores químicos utilizando polímeros condutores (com ênfase em sistemas sensores do tipo Língua e Nariz Eletrônicos), OLEDs (diodos orgânicos emissores de Luz), PLEDs (diodos poliméricos emissores de luz), LEC (células eletroquímicas emissoras de luz), OTFTs (transistores de filmes finos orgânicos), OSC (células solares orgânicas) e técnicas de deposição de polímeros conjugados. Possui patentes nacionais e internacionais e ganhou, juntamente com outros pesquisadores da EMBRAPA, o 1º Lugar do Prêmio Governador do Estado de São Paulo – Invento Brasileiro, em 2001. Participou da equipe da Escola Politécnica da USP que desenvolveu o detector do sensor de atitude do primeiro satélite de coleta de dado construído no Brasil pelo Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (1985-1989).

GERSON DOS SANTOS

Possui graduação tecnológica em Materiais, Processos e Componentes Eletrônicos pela Faculdade de Tecnologia de São Paulo (2000) e graduação em Engenharia Elétrica pela Faculdade de Engenharia São Paulo (2012). Possui mestrado (2003) e doutorado (2008) em Engenharia Elétrica, subárea Microeletrônica, pela Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. Desenvolveu pesquisa em nível de pós-doutorado na área de Diodos Orgânicos Emissores de Luz (OLEDs) com auxílio FAPESP (2009-2011) e na área de Células Solares Orgânicas (OSCs) com financiamento do CNPq (20122013). Atualmente realiza pesquisa, em conjunto com atividades didáticas no ensino superior em curso de Engenharia Elétrica, direcionada ao desenvolvimento de dispositivos orgânicos. Tem experiência em Eletrônica Orgânica, com ênfase em medidas elétricas e processos de fabricação, atuando principalmente no desenvolvimento de OLEDs, PLEDs (diodos poliméricos emissores de luz), LEC (células eletroquímicas emissoras de luz), OTFTs (transistores de filmes finos orgânicos), OSC, processamento de polímeros e de pequenas moléculas luminescentes, complexos de metais de Transição e de Terras Raras.

XVI

GRANDES ÁREAS DA NANOCIÊNCIA

GUEDMILLER SOUZA DE OLIVEIRA

Bacharel e licenciado em Química pelo Instituto de Química da Universidade Federal de Uberlândia (UFU) desde 2006. Tem experiência na área de Química, com ênfase em Físico-Química. Concluiu o curso de mestrado em 2009 com bolsa CAPES com um projeto com interface experimental de ótica não linear, utilizando corantes. Durante o período de doutorado no Departamento de Química da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar) teve oportunidade de fazer um intercâmbio (doutorado sanduíche) financiado pela CAPES, no período de maio a outubro de 2012 na Universidade de Houston, Texas, EUA. Desenvolveu o projeto inovador de funcionalização de pontas de AFM, usando simulação computacional. Publicou recentemente um artigo inovador no periódico Journal of Molecular Graphics & Modelling, no qual simula computacionalmente a interação entre uma superfície funcionalizada e uma enzima para aplicação biossensorial. Atualmente é bolsista de pós-doutorado da FAPESP, na UFSCar, Sorocaba JÉSSICA CRISTIANE MAGALHÃES IERICH

Graduada em Tecnologia em Sistemas Biomédicos pela Faculdade de Tecnologia de Sorocaba (2012), possui mestrado em Biotecnologia e Monitoramento Ambiental pela Universidade Federal de São Carlos (UFSCar), Campus Sorocaba (2014). Atualmente, cursa Licenciatura em Ciências Biológicas pela UFSCar, Campus Sorocaba e é pesquisadora no Grupo de Nanoneurobiofísica (GNN). Tem experiência na área de Modelagem por Homologia e Simulações por Dinâmica Molecular de sistemas biomoleculares. Suas principais áreas de atuação envolvem: desenvolvimento de nanobiossensores baseados em pontas de Microscópio de Força Atômica (AFM), estudo das interações enzima-herbicida e do complexo antígeno-anticorpo, tal como refinamento de estruturas proteicas pela aplicação de métodos computacionais.

JULIANA CANCINO

Possui graduação em Química, bacharelado e licenciatura, pela Universidade Estadual de Maringá (UEM), mestrado (2008) e doutorado (2011) em Ciências, Química Analítica, pelo Instituto de Química de São Carlos e co-orientação pelo

OS AUTORES

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Instituto de Física de São Carlos da Universidade de São Paulo, com estágio sanduíche na Ruhr Universität, da Alemanha, sob a supervisão do prof. Dr. Wolfgang Schuhmann e bolsa alemã DAAD. Em 2013 realizou estágio na University College Dublin – Irlanda sob a supervisão do Professor Doutor Kenneth A. Dawson na área de Nanotoxicologia. Atualmente é pós-doutoranda no Grupo de Nanomedicina e Nanotoxicidade (GNano) do Instituto de Física de São Carlos da Universidade de São Paulo. Tem experiência na área de Nanomedicina e Nanotoxicidade, atuando principalmente nos seguintes temas: Desenvolvimento e caracterização de sensores e biossensores nanoestruturados aplicados em medicina, síntese e caracterização de nanomateriais e desenvolvimento de novas metodologias para estudo de toxicidade de nanomaterais por meio de modelos de membrana e pela biologia molecular. LEONARDO GIORDANO PATERNO

Bacharel em Química (Universidade de São Paulo, 1998) e doutor em Ciência e Engenharia de Materiais (Universidade Federal de São Carlos, 2003). Fez parte de seu trabalho de doutorado na Universidade de Wisconsin – Madison (20002002). É professor adjunto II do Instituto de Química da Universidade de Brasília desde 2011. Suas atividades de pesquisa envolvem principalmente a preparação de nanomateriais (nanopartículas inorgânicas, nanocarbonos e polímeros conjugados), seu processamento na forma de filmes finos e aplicação em dispositivos moleculares, tais como sensores químicos, diodos emissores de luz e células solares sensibilizadas por corantes. LUIZ CARLOS GOMIDE FREITAS

Bacharel em Matemática pela Universidade de Brasília (1976) e doutor em Química (Físico-Química) pela Universidade de São Paulo (1981). Pós-Doutoramento na The Queen’s University of Belfast (UK, 1982), Purdue University (EUA, 1987) e University of Houston (EUA, 1999). Atualmente é Professor Associado IV do Departamento de Química da Universidade Federal de São Carlos. Possui experiência na área de Química, com ênfase em Química Teórica, atuando principalmente nos seguintes temas: utilização de métodos de química quântica, Monte Carlo e dinâmica molecular para estudar termodinâmica de líquidos e processos químicos em solução, incluindo sistemas de interesse biológico. Atua também no desenvolvimento de software para simulação computacional, sendo considerado um dos pioneiros na promoção desta área de pesquisa no país.

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GRANDES ÁREAS DA NANOCIÊNCIA

MARCO ROBERTO CAVALLARI

Graduado em Engenharia Elétrica com especialização em Sistemas Eletrônicos na Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (2007), obteve ao término de sua graduação no Brasil um duplo diploma franco-brasileiro por ter sido estudante de intercâmbio pelo Programa TIME (Top Industrial Managers for Europe) na Ecole Centrale de Lille, França (2007). Possui mestrado (2010) e doutorado (2014) em Engenharia Elétrica, sub-área Microeletrônica, pela Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. Para o mestrado teve atividades de pesquisa realizadas parcialmente na EPUSP e na Fondazione Bruno Kessler/Università degli Studi di Trento, Itália (2008-2009). Tem experiência em Eletrônica Orgânica, com ênfase em projeto, fabricação e caracterização de dispositivos orgânicos como os OTFTs (transistores de filmes finos orgânicos) e OSC (Células Solares Orgânicas) utilizando técnicas como o nanoimprint em substratos rígidos e flexíveis. Atualmente realiza pós-doutorado na Escola Politécnica da USP, com pesquisa relacionada à fabricação e caracterização de biossensores a partir de transistores de filmes finos orgânicos. MIGUEL GUSTAVO XAVIER

Graduado em Química pela Universidade Estadual de Maringá (UEM) (2000), mestre em Ciências (área de concentração Física Aplicada) pela Universidade de São Paulo (USP) (2004) e doutor em Ciências (área de concentração Físico-Química) pela Universidade Federal de São Carlos (UFSCar) (2010). Entre 2010 e 2011 realizou pós-doutorado na área de inovação tecnológica industrial no estado do Paraná e desde 2011 é professor adjunto da Universidade Federal do Acre (UFAC). Possui experiência nas áreas de química e física da matéria condensada, saneamento ambiental e ensino de ciências, atuando principalmente com os temas: nanociência, mudanças ambientais globais e educação indígena. PÂMELA SOTO GARCIA

Graduada em Tecnologia em Saúde (Modalidade: Projetos, Operação e Manutenção de Aparelhos Médicos e Hospitalares) pela Faculdade de Tecnologia de Sorocaba (2008); possui Aprimoramento em Microbiologia em Saúde Pública pelo Instituto Adolfo Lutz – Sorocaba (2009). Mestre em Biotecnologia e Monitoramento Ambiental pela Universidade Federal de

OS AUTORES

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São Carlos, campus Sorocaba – UFSCar (2014). Atualmente é graduanda em Ciências Biológicas e pesquisadora no Grupo de Nanoneurobiofísica da Universidade Federal de São Carlos, campus Sorocaba – UFSCar, onde dará continuidade nos estudos de doutorado, desenvolvendo nanobiossensores de pontas de AFM para o estudo de doenças autoimunes e neurodegenerativas. Experiências: Nanoscopia, Microscopia de Força Atômica, Nanotecnologia, desenvolvimento de Nanobiossensores. RENATA PIRES DE CAMARGO

Farmacêutica, formada pela Universidade de Sorocaba (2004), com especialização em Gestão de Pessoas pela Faculdade Anhanguera de Sorocaba (2012). É mestranda no programa de pós-graduação em Biotecnologia e Monitoramento Ambiental da Universidade Federal de São Carlos (2015). Atua como responsável técnica pelos laboratórios da saúde da Faculdade Anhanguera de Sorocaba desde 2006, coordenando as aulas práticas dos cursos da área da saúde. Principais áreas de pesquisa: farmacologia e sistemas de liberação controlada/sustentada de fármacos. RICHARD ANDRE CUNHA

Graduado e com licenciatura em Química (2011) pela Universidade Federal de Uberlândia, possui mestrado em Química (2013), com ênfase em química teórica, pela mesma instituição. Atualmente é estudante de doutorado em Física e Química de Sistemas Biológicos na International School for Advanced Studies – SISSA (Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati) em Trieste, Itália. Atua na área de química teórica e computacional com foco em simulação de biomoléculas. Tem experiência com Dinâmica Molecular em seus variados aspectos, incluindo metodologias de Enhancing Sampling, tais como Metadinâmica. Está atualmente envolvido nos seguintes projetos: Aspectos teóricos e computacionais no desenvolvimento de nanobiosenssores; Modelagem molecular de Quitina e Quitosana e sua interação com membranas; e Modelagem de RNA e suas interações com íons Magnésio(II).

VALÉRIA SPOLON MARANGONI

Possui graduação em bacharelado em Química pelo Instituto de Química de São Carlos (IQSC) da Universidade de São Paulo (USP), recebendo o Prêmio Lavoiser de melhor aluno do curso entre os anos de 2006-2009. Realizou o mestrado em Ciências, área de concentração Física Biomolecular, pelo Instituto de Física de São Carlos (IFSC) da USP, onde atualmente é aluna de doutorado. Recebeu o Prêmio Yvonne Primerano Mascarenhas pelo melhor trabalho de mestrado na I Semana Integrada de Graduação e Pós-Graduação do IFSC em 2011. Realizou estágio no Halas Nanophotonics Group na Rice University, Houston, EUA, em 2012. Possui experiência na área de síntese, caracterização e funcionalização de nanomateriais atuando no desenvolvimento de novos sistemas para aplicações em nanomedicina. VALTENCIR ZUCOLOTTO

Membro da Academia Brasileira de Ciências (ABC). Professor Associado (Livre Docente) no Instituto de Física de São Carlos (IFSC) da Universidade de São Paulo (USP), onde coordena o Grupo de Nanomedicina e Nanotoxicologia GNano/IFSC/ USP. Possui graduação em Engenharia de Materiais pela Universidade Federal de São Carlos (1997), mestrado em Ciência e Engenharia dos Materiais pela Universidade Federal de São Carlos (1999) e doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais pela Universidade de São Paulo (2003). Estágio na University of Massachusetts at Lowell, EUA (2000-2001). Foi professor Visitante na Universidade Joseph Fourier, Grenoble, França, em 2010. Tem experiência nas áreas de Nanotecnologia e Desenvolvimento e Aplicação de Nanomateriais em Medicina e Nanotoxicologia. Desenvolveu e ministra vários minicursos sobre escrita científica e como escrever artigos científicos em várias universidades do Brasil e exterior. Publicou mais de 125 artigos em revistas internacionais e oito capítulos de livros. Possui mais de 1800 citações e fator H 24. É editor associado da revista Journal of Biomedical Nanotechnology (Impact Factor 5.256) e editor da série de livros Nanomedicine and Nanotoxicology (Springer). Mais informações: www.nanomedicina.com.br e www. escritacientifica.com.

APRESENTAÇÃO

O tema abordado nesta obra está diretamente ligado à revolução industrial e tecnológica que o mundo está vivenciando. O impacto na economia e em nosso cotidiano já é significativo, com a produção de novos fármacos a partir de nanopartículas, novas terapias e nanodispositivos para sensoriamento ambiental. Como se pode intuir, referimo-nos a nanociência e nanotecnologia. A nanociência e suas derivações compõem um campo de fronteira transdisciplinar que permite realizar a miniaturização de materiais e dispositivos, trabalhando na nanoescala para criar estruturas com organização molecular. Os benefícios dessas novas estruturas nanométricas podem ser constatados pela rápida disseminação de resultados em áreas como aeronáutica, biotecnologia, materiais, nanoeletrônica, medicina, meio ambiente, saúde e segurança nacional. A ciência que descrevemos aqui é capaz de construir e manipular moléculas e átomos a ponto de desenvolver novos materiais com propriedades convenientes e que normalmente não são observadas na macroescala. De fato, o mundo clássico em que vivemos apresenta propriedades que podem ser drasticamente alteradas se a matéria for manipulada em nível nanoscópico. Por exemplo, um material condutor elétrico nas escalas macroscópica e microscópica pode se tornar isolante na nanoescala. Essas peculiaridades do nanomundo, que permitem criar materiais com incríveis e inusitadas propriedades, poderão ser exploradas pelo leitor por intermédio dos capítulos desta obra. Nossa ideia é criar inquietação, instigar transformações na forma de pensar e ver o mundo a partir do controle das propriedades da matéria na escala atômica e molecular. Nanociência e Nanotecnologia: Princípios e Aplicações é uma coletânea de três volumes dedicada a estudantes de graduação e pós-graduação de diversos cursos, além de técnicos e profissionais de várias indústrias. Os livros contêm capítulos direcionados a temas de vanguarda em novas áreas de pesquisa, além de capítulos de

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GRANDES ÁREAS DA NANOCIÊNCIA

caráter técnico-científico, em que são descritas estruturas e ferramentas para a ciência e tecnologia em escala nanométrica. A coleção tem o objetivo principal de orientar o leitor com relação aos conceitos e fundamentos teóricos da nanociência, para permitir o entendimento dos fenômenos e das propriedades da matéria em nível atômico-molecular. Propriedades de nanoestruturas, síntese, processamento, caracterização, manipulação e modelamento computacional foram temas abordados nos diversos capítulos. Pretende-se com esta obra ensinar a alunos de diversas áreas os tópicos essenciais para iniciar pesquisas em nanociência e nanotecnologia. O texto é intrinsecamente interdisciplinar, já que os autores possuem formação acadêmica diversificada. Em alguns capítulos utilizamos um formalismo matemático mais detalhado, importante para fornecer fundamentos. Os capítulos são didáticos tanto na descrição dos modelos quanto nas suas possíveis utilizações. O aprofundamento em cada tema pode ser adquirido por intermédio da extensa lista de referências disponibilizadas pelos autores em seus capítulos. Os potenciais leitores desta coleção podem vir de diversas áreas, o que tornou esta obra um grande desafio aos organizadores e autores. Estaremos recompensados se cada leitor obtiver algum conhecimento que lhe possa ser útil em sua vida profissional. Esperamos, também, que a obra possa servir para estimular pesquisadores a explorar as potencialidades do nanomundo, produzindo novos materiais e desenvolvendo métodos e processos para a nanotecnologia.

PREFÁCIO

O segundo volume da coleção Nanociência e Nanotecnologia: Princípios e Aplicações aborda as principais aplicações do nanomundo, integrando grandes áreas da ciência de forma multidisciplinar. O entendimento, controle e a exploração de materiais e sistemas em nível molecular fornecem propriedades e fenômenos físicos, químicos e biológicos significativamente novos. O objetivo principal dos nanocientistas é explorar estas novas propriedades para futuras aplicações tecnológicas, compreendendo os fenômenos da natureza e suas respectivas implicações para o bem-estar humano e no desenvolvimento da nossa civilização. Nos últimos anos, devido à grande variabilidade de demandas na sociedade, novas áreas de pesquisa surgiram e os efeitos sociais destes novos campos de exploração podem ser mensurados por intermédio de resultados de impacto em áreas como tecnologia da informação, medicina e saúde, meio ambiente e energia, nanoeletrônica e nanometrologia. Tais avanços e impactos foram inseridos nos capítulos deste livro, particularmente nas áreas de eletrônica, energia, materiais, meio ambiente e saúde. O Capítulo 1 trata especificamente das células solares, que realizam a conversão de energia solar em eletricidade de forma limpa, a partir de fontes renováveis. Para que o processo ocorra de forma eficiente, os sistemas precisam estar conectados via interfaces que se organizam na escala nanométrica. Serão apresentados os princípios de funcionamento de uma célula solar, com um enfoque especial sobre os nanomateriais empregados na construção das células e os conceitos de nanotecnologia aplicados para seu funcionamento. O Capítulo 2 apresenta a aplicação de materiais orgânicos em dispositivos eletrônicos poliméricos, como os transistores de filmes finos e os diodos emissores de luz. Tais materiais orgânicos incluem pequenas moléculas (por exemplo, oligômeros) e polímeros conjugados que podem ser condutores elétricos.

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GRANDES ÁREAS DA NANOCIÊNCIA

Os Capítulos 3 e 4 abordam temas da área médica, com enfoque em nanomedicina e nanoneurobiofísica. O Capítulo 3 apresenta as possibilidades de aplicação de nanomateriais no diagnóstico, tratamento e prevenção de doenças. São discutidos os avanços em diagnóstico, terapia e entrega controlada de medicamentos, bem como a importância da biofuncionalização dos nanomateriais. O Capítulo 4 trata da Nanoneurobiofísica, uma nova linha de pesquisa baseada na Biofísica, Neurociência e Nanociência. Serão abordadas as principais contribuições da Nanociência no estudo de doenças do Sistema Nervoso, com destaque para os avanços recentes nas áreas de Nanoneurofarmacologia e Nanoneuromedicina. Serão discutidos, também, aspectos relacionados com a área de bioinformática para o estudo de sistemas complexos. Os Capítulos 5 e 6 abordam o desenvolvimento de nanossensores e sensores eletroquímicos. No Capítulo 5 são apresentados nanossensores construídos por intermédio de pontas e microcantiléveres de microscópios de força atômica, que permitem estudar propriedades, em nível molecular, de toxinas, poluentes e analitos em geral, com alta especificidade. Nesse capítulo, conceitos gerais sobre nanossensores são introduzidos, bem como conceitos relacionados com a microscopia de força atômica e com a espectroscopia de força atômica. No Capítulo 6 são abordados sensores eletroquímicos, em que um eletrodo é utilizado como elemento transdutor. Estes dispositivos se destacaram a partir da segunda metade do século XX, atingindo o estágio comercial numa vasta gama de aplicações. Com a nanotecnologia, sensores eletroquímicos são cada vez mais precisos, seletivos, específicos e com alta sensibilidade. O volume é encerrado com o Capítulo 7, com ênfase teórica para aplicação de biomoléculas e desenvolvimento de nanodispositivos. São descritos métodos e ferramentas de simulação computacional híbrida, cuja descrição de biomoléculas é feita através da combinação de métodos de modelagem molecular (mecânica clássica) e mecânica quântica. Esses métodos híbridos são aplicados para descrição de interações específicas proteína-ligante (desenvolvimento de nanossensores) e são comumente usados em sistemas gigantescos, tais como proteínas. Os resultados de simulação são comparados com resultados experimentais.

SUMÁRIO

Dedicatórias Agradecimentos Os organizadores Os autores Apresentação Prefácio Lista de abreviaturas e siglas

1 Nanomateriais: Conversão de Energia Solar 1. Introdução 2. Conversão de energia de solar em eletricidade 2.1. Espectro solar e parâmetros de desempenho fotovoltaico 2.2. Princípio de funcionamento de uma célula solar 2.3. Células solares orgânicas (CSO) 2.4. Células solares sensibilizadas por corantes 3. Células fotoeletroquímicas para produção de combustíveis solares 4. Conclusões e perspectivas

2 Nanoeletrônica 1. Materiais orgânicos para a nanoeletrônica: de isolantes a condutores 1.1 Técnicas de formação de filmes orgânicos 2. Processo de transporte de cargas em dispositivos orgânicos 3. Transistores de filmes finos orgânicos 3.1. Estrutura do TFT 3.2. Modelagem das curvas características 4. Diodos orgânicos emissores de luz (OLEDs) 4.1. Estrutura de filmes finos em OLEDs e materiais típicos utilizados 4.2. Caracterização eletro-óptica de diodos orgânicos emissores de luz

v vi viii xi xxi xxiii xxix

1 3 5 5 11 14 21 28 34 41 43 47 49 52 52 54 68 68 70

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GRANDES ÁREAS DA NANOCIÊNCIA

3 Nanomedicina 1. Nanomedicina 2. Nanomateriais aplicados a diagnóstico e terapia 2.1. Nanomateriais em medicina 2.2. Aplicações médicas de magnetita e core-shell 2.3. Entrega controlada de medicamentos 2.4. Terapia fotodinâmica 3. Síntese de Nanomateriais para aplicação em nanomedicina 3.1. Nanopartículas de ouro 3.2. Nanopartículas magnéticas 3.3. Estruturas do tipo core-shell 3.4. Biofuncionalização de nanomateriais 4. Nanotoxicologia

4 Nanoneurobiofísica 1. Introdução 2. Nanofarmacologia 3. Nanoneurociência e nanoneurofarmacologia 3.1. Nanoneurociência básica 3.2. Nanoneurociência clínica 4. Recursos computacionais em nanomedicina 4.1. Neurociência Computacional, Neuroinformática e Neurobiofísica 4.2. Nano(bio)informática 4.3. Aplicação de métodos e ferramentas de informática em dados nanomédicos

5 Nanossensores 1. Introdução 2. Sensores e nanossensores – novas ferramentas de detecção 3. Espectroscopia de força atômica (curva de força) 3.1. Considerações teóricas de curvas de força 3.2. Microscopia de força química 3.3. Aplicações dos sensores de ponta de AFM 4. Sensores de microcantiléveres 4.1. Modos de operação dos sensores de microcantiléveres 4.2. Considerações teóricas 4.3. Aplicações dos sensores de microcantiléveres 5. Desafios e tendências

6 Sensores Eletroquímicos 1. Introdução 2. Métodos eletroanalíticos 2.1. Princípios 2.2. Potenciometria 2.3. Cronoamperometria

83 85 86 86 88 89 92 94 94 95 96 97 98 109 111 112 113 113 117 128 130 135 137 145 147 148 154 155 163 166 168 168 171 173 178 189 191 193 193 194 199

SUMÁRIO

2.4. Métodos voltamétricos 2.5. Espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS) 2.6. Língua eletrônica (LE): conceitos, princípios e aplicações

7 Modelagem molecular aplicada a nanobiossistemas 1. Introdução 1.1. Modelagem molecular 1.2. Modelagem molecular computacional 2. Tipos básicos de representação 3. Biomoléculas e modelagem de proteínas 3.1. Biomoléculas 3.2. Proteínas 3.3. Estrutura das proteínas 3.4. Tipos de representação de biomoléculas e proteínas 3.5. Bancos de dados de estruturas biológicas 3.6. Ferramentas de visualização, manipulação e análise de estruturas de proteínas 4. Métodos de modelagem molecular computacional aplicado a biomoléculas 4.1. Métodos clássicos 4.2. Métodos híbridos (mecânica quântica/mecânica molecular) 4.3. Caracterização estrutural 5. Algumas aplicações recentes 5.1 Aplicações na indústria farmacológica 5.2. Aplicações tecnológicas 6. Considerações finais

XXVII

201 208 210 219 221 221 222 223 224 224 224 226 227 230 231 233 233 241 246 253 253 255 256

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

[Oxi] [Red] 1D 2D a.C. A431 A549 AAP Abs ABS AC ACCase ACGT AFAM AFMAFSALP Alq3 ALS Am APTES ASAXS ATPases BAM BAMS BBL BC BCB BCCI

Atividade da Espécie Oxidada Atividade da Espécie Reduzida Unidimensional Bidimensional Antes de Cristo Linhagem de células epidermoide humano Linhagem de células adenocarcinoma humano Alumina anódica porosa Absolutas Acrilonitrila-butadieno-estireno Alternating current (corrente alternada) Acetil coenzima A carboxilase Advancing Clinico Genomic Trials on Cancer (Ensaios Clínico-genômicos Avançados em Câncer) Atomic Force Acoustic Microscopy (Microscopia Acústica de Força Atômica) Atomic Force Microscopy ou Atomic Force Microscope (Microscopia de Força Atômica) Atomic Force Spectroscopy (Espectroscopia de Força Atômica) Aberturas Limitadoras de Pressão Hidroxiquinolina de alumínio Acetolactatosintase. Amperímetro Amino propil trietoxisilano Anomalous Small-Angle X-ray Scattering (Espalhamento Anômalo [ou ressonante] de Raios X a Baixo Ângulo). Adenyl pyrophosphatase (adenilpirolfosfatase) Brewster Angle Microscopy (Microscopia de Ângulo de Brewster) Brain Architecture Knowledge Management System (Sistema de Gestão do Conhecimento da Arquitetura do Cérebro) Poly(benzobisimidazobenzophenanthroline) Banda de condução Diviniltetrametilsiloxana-bis(benzociclobuteno) Business Communications Company Inc.

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GRANDES ÁREAS DA NANOCIÊNCIA

BHEBioMEMS BioNEMS BLAST BRENDA BSA butil-PBD BV C-60 C8-BTBT caBIG c-AFM CCD CD CE CFM CIE CMC CMDMC CMOS COVs CSO CSSC CTAB CTC D DAM DBPC DC DCPB DDFTTF DDG DEMA DERE DF DFT DL DM DMFC DMol DMPA DMT DNA DNTT DO DOS DP DPPC DPV DRX DTBTE

Barreira hemato-encefálica Biological Microelectro Mechanical Systems (Sistemas Bio Microeletrônicos) Biological Nanoelectro Mechanical Systems (Sistemas Biológicos Nanoeletromecânicos) Basic Local Alignment Search Tool Braun shweig Enzyme Database. Bovine Serum Albumin (Albumina do Soro Bovino) 2-(4-bifenil)-5-(4-tert-butifenil)1,3,4-oxidiazol Banda de valência Fulereno com 60 carbonos 2,7-dioctyl[1]benzothieno[3,2-b][1]benzothiophene Câncer Biomedical Informatics Grid Conductive Atomic Force Microscopy (Microscopia de Força Atômica Condutiva) Charge Coupled Device Compact Disc Célula eletroquímica Chemical Force Microscopy (Microscopia de Força Química) Commission Internationale de l’Éclairage (Comissão Internacional de Iluminação) Concentração micelar crítica Centro Multidisciplinar de Desenvolvimento de Materiais Cerâmicos Metal oxide semiconductor (Óxido metálico semicondutor) Orgânicos voláteis Células Solares Orgânicas Células Solares Sensibilizadas por Corantes Brometo de cetiltrimetil amônio Capacidade de troca de cátions Drain (eletrodo de dreno do transistor FET) Dummy Atom Model (Modelo de Átomos Fictícios) De Baixo Para Cima Direct current (corrente contínua) De Cima Para Baixo 5,5-bis-(7-dodecyl-9H-fluoren-2-yl)-2,2-bithiophene Dispositivo Detector Gasoso Departamento de Engenharia de Materiais Difração de Elétrons Retroespalhados Demchak e Fort Teoria do Funcional de Densidade Dilaureil Dimiristoil DirectMethanolFuelCell (Célula Combustível de Metanol Direto) Dinâmica Molecular Dimiristoilfosfatidico Derjaguin-Muller-Toporov Deoxyribonucleicacid (Ácido desoxirribonucleico) Dinaphtho-[2,3-b:2′,3′-f]thieno[3,2-b]-thiophene Dioleil Density of states (Densidade de Estados) Dipalmitoil Dipalmitoil fosfatidil colina Voltametria de Pulso Diferencial Difração de raios X trans-1,2-di[thieno[3,2-b][1]benzothiophenic-2-]ethylene

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

DTS E. coli Ecr ECS EDCOX EDEX EF EFM EFP EIL EIS EL ELD ENH ENH ou EPH EQE ES ES1 ES2 ES3 ESA ETL EXAFS ExPaSy Fadh Fe2O3 FEG FET FID FINEP FM fM FMM FNE FPPF FPPM FT FTIR FTO FWHM G GC GEE GISAXS GMR GPS HAuCl4 HC HCl

XXXI

Deciltriclorosilano Escherichia coli Energia Crítica Eletrodo de Calomelano Saturado Espectroscopia por Dispersão de Comprimentos de Onda de Raios X Espectroscopia por Dispersão de Energia de Raios X Energia de Fermi Electrostatic Force Microscopy (Microscopia de Força Eletrostática) Elétrons do Feixe Primário ElectronInjectionLayer (Camada Injetora de Elétrons) Espectroscopia de Impedância Eletroquímica Emitting Layer (Camadas Emissoras) Espalhamento de luz dinâmico Eletrodo normal de hidrogênio Eletrodo Normal (ou Padrão) de Hidrogênio Eficiência quântica externa Elétrons Secundários Emitidos pela Amostra Elétrons secundários gerados pelos elétrons do feixe incidente Elétrons secundários gerados pelos elétrons espalhados através da amostra Elétrons secundários gerados pelos elétrons espalhados através de outras partes da câmara de amostras Electrostatic Self-Assembly (Automontagem por Atração Eletrostática) Electron Transport Layer (Camada Transportadora de Elétrons em OLEDs) Espectroscopia de absorção de raios X Expert Protein Analysis System (Sistema de Análise Especializado em Proteínas) Força de adesão Magnetita Fiels Emission Gun (Microscopia Eletrônica por Emissão de Campo) Field-Effect Transistor (Transistor de Efeito de Campo) Free Induction Decay (Decaimento de Indução Livre) Financiadora de Estudos e Projetos Fluido magnético Fento-molar Force Modulation Microscopy (Microscopia de Modulação de Força) Feixe não espalhado Full Pattern Profile Fitting (Ajuste de Padrão Total) Full Pattern Profile Modelling (Modelamento de Padrão Total) Fonte de tensão Fourier transform infrared spectroscopy (Espectroscopia de Infravermelho por Transformada de Fourier) Fluorine-doped tin oxide (Óxido de estanho dopado com flúor) Full Width Height Maximum (Largura à meia altura) Gate (Eletrodo de porta do transistor FET) Gas chromatography (Cromatografia gasosa) Gases de Efeito Estufa Grazing-Incidence Small-Angle X-ray Scattering (Espalhamento de Raios X a Baixo Ângulo na Geometria de Incidência Rasante) Giant Magneto resistance (Magneto resistência Gigante) Global Positioning System (Sistema de Posicionamento Global) Ácido cloroáurico Coercividade Ácido Clorídrico

XXXII

GRANDES ÁREAS DA NANOCIÊNCIA

HDPE HDPE-g-MA HDT HEK HH HIV/AIDS HMDS HOMO HP HPLC HRTEM HT HTL ixE IBM IERE IES Im Z IP IPd IPH ISO-TC ITO JKR Junção D-A K2PtCl4 LB LbL LCAO LCD LCD LE LFE LFM LLDPE LS LUMO M MAQ MCT MECQ MET MEV MEV-A MEV-BV MEV-EC MHT MIS ml

Polietileno de alta densidade Polietileno de alta densidade enxertado com anidrido maleico Temperatura de deflexão térmica Linhagem de células embrionárias do rim Head-to-head (Regioregularidade cabeça-cabeça de semicondutor polimérico) Human immuno deficiency vírus (Vírus da imunodeficiência humana) Hexametildissilazana Highest occupied molecular orbital (Orbital molecular ocupado mais alto) n-heteropentaceno High-performance liquid chromatography (Cromatografia liquida de alta performance) High resolution transmission electron microscopy (Microscopia eletrônica de alta resolução) Head-to-tail (Regioregularidade cabeça-cauda de semicondutor polimérico) Hole Transporting Layer (Camadas Transportadoras de Buracos) Corrente versus Potencial International Busines Machines Imagem de Elétrons Retroespalhados Imagem de Elétrons Secundários Impedância Imaginária Íons Positivos Índice de polidispersão Plano interno de Helmholtz International Organization for Standardization – Technical Committee Organização Internacional para Padronização – Comitê Técnico Indium-doped tin oxide (Óxido de estanho dopado com índio) Johnson-Kendall-Roberts Junção doador-aceitador Tetracloro platinato de potássio Langmuir-Blodgett Layer-by-Layer (camada por camada) Linear Combination of Athomic Orbitals (Combinação Linear de Orbitais Atômicos Liberação controlada de drogas Liquid Crystal Display (Tela de Cristal Líquido) Lentes eletrostáticas Litografia com Feixe de Elétrons Lateral Force Microscopy (Microscopia de Força Lateral) Polietileno linear de baixa densidade Langmuir-Schaefer Lowest unoccupied molecular orbital (Orbital molecular desocupado mais baixo) Magneto lipossomos Microanálise Química Ministério da Ciência e Tecnologia Microbalança Eletroquímica de Cristal de Quartzo Microscopia eletrônica de transmissão Microscopia Eletrônica de Varredura Microscopia Eletrônica de Varredura Ambiental Microscopia Eletrônica de Varredura de Baixa Voltagem Microscopia Eletrônica de Varredura com Filamento de Emissão de Campo Magneto hipertermia Estrutura de camadas Metal-Isolante-Semicondutor Número quântico magnético

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

MLV MM MOSFET MRI ms MTJ MWNT N&N NA NASA Ne NEMS NF NIH-3T3 NIM NIOSH n-MAG NNI NP NPO NR-g-PAAm OLED OMMT ONAMI OPH OSC OTFT OTS P&D P(NDI2OD-T2) P3AT P3HT P4VP PA PA6 PAA PAMAM PAni PAP pBTTT PC PC PCz PDB PDF PDIR-CN2

Multilamellar vesicle (Vesícula multilamelar) Massa molar Metal-oxide-semiconductor field-effect transistor (Transistor de efeito de campo metal-óxido-semicondutor) Magnetic ressonance image (Imagens de ressonância magnética) Número quântico de spin Magnetic Tunnel Junction (Junção Túnel Magnético) Multi-walled Nanotube (Nanotubo de parede múltipla) Nanociência & Nanotecnologia Número de Avogadro NationalAeronauticsand Space Administration (Administração Nacional da Aeronáutica e Espaço) Densidade eletrônica Nanoelectro Mechanical Systems (Sistemas Nanoeletromecânicos) Nanofluido Linhagem de células fibroblastos Nanoimpedance Microscopy (Microscopia de Nanoimpedância) National Institute for Occupational Safety and Health’s (Instituto Nacional de Segurança Ocupacional e Saúde) Nanopartículas de maguemita com cargas superfíciais negativas The National Nanotechnology Initiative (Iniciativa Nacional de Nanotecnologia) Nanopartículas Nano Particle Ontology (Ontologia de Nanopartículas) Polyacrylamide grafted natural rubber (Borracha natural enxertada em poli(acrilamida)) Organic light-emitting diode (Diodo orgânico emissor de luz) Argila montmorilonita modificada organicamente Oregon Nanoscience and Microtechnologies Institute’s (Instituto Oregon para a Nanociência e Microtecnologias) Plano externo de Helmholtz Organic Solar Cell (Célula Solar Orgânica) Organic Thin Film Transistor (Transistor de Filmes Finos Orgânicos) Octadeciltriclorosilano Pesquisa e Desenvolvimento [N,N-9-bis(2-octyldodecyl)naphthalene-1,4,5,8-bis(dicarboximide) -2,6-diyl]-alt-5,59-(2,29-bithiophene) Poli(3-alquiltiofeno) Poli(3-hexiltiofeno) Poli(4-vinilfenol) Ácido fosfatidico Poliamida 6 Poliácido acrílico Poli(amidoamina) Polianilina Hidrocloreto de Fenazopiridina Poly(2,5-bis(3-hexadecylthiophen-2-yl)thieno[3,2-b]thiophene) Fosfatidil colina Policarbonato Policarbazol Book Haven Protein Data Bank (Banco de Dados de Proteínas) Pair Distribution Function (Função de Distribuição de Pares) N,N″-bis(n-alkyl)-(1,7 and 1,6)-dicyanoperylene-3,4:9,10-bis(dicarboximide)

XXXIII

XXXIV

GRANDES ÁREAS DA NANOCIÊNCIA

Programa de Desenvolvimento Produtivo Diketopyrrolopyrrole–benzothiadiazolecopolymer Photodynamic therapy (Terapia Fotodinâmica) Polietileno Probes Encapsulated by Biologically Localised Embedding Plasma-enhanced chemical vapor deposition (Deposição química na fase vapor assistida por plasma) PEDOT:PSS Poli(3,4-etilenodioxitiofeno) dopado com poli(ácido estireno-sulfônico) PEF Fosfatidil etanolamina PEG Polietileno glicol PEMFC Proton Exchange Membrane Fuel Cell (Célula Combustível de Membrana de Troca Protônica) PEO Plasma Electrolytic Oxidation PF Polifluoreno PFM Piezoresponse Force Microscopy (Microscopia de Força Piezoelétrica) Pfu Polifurano PG Fosfatidil glicerol pH potencial hidrogeniônico PI Poliimida PIBMA Poli(isobutilmetacrilato) PLA Ácido polilático PLGA Ácido poli(lático-co-glicólico) p-MAG Nanopartículas de maguemita com cargas superficiais positivas PM-IRRAS Polarization-modulated infrared reflection-adsorption spectroscopy (Espectroscopia de infravermelho reflexão-absorção com polarização-modulada) PMMA Poli(metil metacrilato) PO2 Permeabilidade ao oxigênio PP Polipropileno PPP Poli(p-fenileno) PPV Poli(p-fenilenovinileno) PPy Polipirrol PQT-12 Poly[5,5-bis(3-dodecyl-2-thienyl)-2,2-bithiophene] PS Poliestireno PSD Fosfatidil serina PSS Poli(estireno sulfonato de sódio) PT Politiofeno PTAA Politriarilamina PTC Positive Temperature Coefficient (Coeficiente de Temperatura Positivo) PVA Poli(vinil álcool) PVK Polivinil carbazol PVP Polivinil piridina PVP Poli(vinil pirrolidona) PVS Poli(vinil sulfônico) PZT Titanato zirconato de chumbo QM/MM Quantum Mechanics/Molecular Mechanics QSAR Quantitative Structure-Activity Relationship (Relação Quantitativa Estrutura-Atividade) rBMEC Células endoteliais primárias de cérebros de rato RC Resistência em Paralelo com um Capacitor RCSB Research Collaboratory for Structural Bioinformatics (Pesquisa Colaboratória para Bioinformática Estrutural) Re Z Impedância Real Rede NANOBIOTEC Rede Nacional de Nanobiotecnologia PDP PDPP-TBT PDT PE PEBBLE PECVD

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

redox RENAMI RES RFID RGO RI RMN RNA ROS RPM Rupy S SAXS SCI SCLC SCM SDS SEM-FEG SERS SIM SMEM SNC SNOM SOFC SPIO SPM SSPM SSRM STM SU SUV SWCNT SWNTs SWV TB TCH TCL TCNQ TEM TEOS THF THF THPC TiO2 TIPS TLC

XXXV

Redução/Oxidação Rede de Nanotecnologia Molecular e de Interfaces Sistema retículo endotelial Radio Frequency Identification Device (Dispositivo de Identificação por Radiofrequência) Reduced Graphene Oxide (Óxido de Grafeno Reduzido) Resistência ao impacto Izod Ressonância Magnética Nuclear Ribonucleic acid (Ácido ribonucleico) Reactive oxygen species (espécies reativas de oxigênio) Rotações por minuto Complexo de Rutênio Source (eletrodo de fonte do transistor FET) Small-Angle X-rayScattering (Espalhamento de Raios X a Baixo Ângulo) Scientific Electronic Library (Biblioteca Eletrônica Científica) Space Charge Limited Current (Corrente Limitada por Carga Espacial) Scanning Capacitance Microscopy (Microscopia de Varredura de Capacitância) Dodecil sulfato de sódio Scanning Electron Microscope-Field Emission Gun (Microscópio Eletrônico de Varredura de Efeito de Campo) Surface Enhanced Raman Scattering (Espalhamento Raman Intensificado pela Superfície) Scanning Impedance Microscopy (Microscopia de Varredura por Impedância) Sistemas Micro Eletro Mecânicos Sistema Nervoso Central Scanning Near-Field Optica lMicroscopy (Microscopia de Varredura de Campo Próximo) Solid Oxide Fuel Cell (Célula de Combustível de Óxido Sólido) Super paramagnetic iron oxides (Óxidos de ferro superparamagnéticos) Scanning ProbeMicroscopy (Microscopia de Varredura por Sonda) Scanning Surface Potential Microscopy (Microscopia de Varredura por Potencial de Superfície) Scanning Spreading Resistance Microscopy Scanning Tunneling Microscopy (Microscopia de Varredura por Tunelamento) Stanford University Vesículas unilamelares (SUVs) Single-walled carbon nanotubes (Nanotubos de carbono de parede simples) Single Wall nanotubes (Nanotubos de parede simples) Voltametria de Onda Quadrada Tight Binding (ligações fortes) Thompson-Cox-Hastings Trapped-Charge Limited current (Limitação de corrente por portadores de cargas aprisionadas) Tetracyano quinodi methane Transmission Electron Microscope (Microscopia Eletrônica de Transmissão) Tetraetilortosilicato Tetrahidrofurano Tetrahidrofurano Cloretotetra kis hidroximetilfosfônico Dióxido de titânio 6,13-bis[triisopropylsilylethynyl] Thin-layer chromatography (Cromatografia de camada delgada)

XXXVI

TR TT UF UFPE UFRGS UFSCar UNESP UNICAMP unid. UniProt UR UV-vis VC VMD WoS XPD XPS XRD Z. de B. ZFC-FC γ Fe2O3

GRANDES ÁREAS DA NANOCIÊNCIA

Transfer Ratio (Taxa de Transferência) Tail-to-tail (Regiorregularidade cauda-cauda de semicondutor polimérico) Unidades formadoras de colônia Universidade Federal de Pernambuco Universidade Federal do Rio Grande do Sul Universidade Federal de São Carlos Universidade Estadual Paulista Universidade de Campinas Unidades Universal Protein Resource Umidade relativa Ultravioleta visível Voltametria Cíclica Visual Molecular Dynamics Web of Science (Site para pesquisas de artigos científicos) X-Ray Powder Diffraction (Difração de Raios X de Pó) X-ray photo electron spectroscopy (Espectroscopia Fotoeletrônica de Raios X) X-Ray Diffraction (Difração de Raios X) Zona de Brillouin Zero-field-cooled-field-cooled (Resfriamento sem campo aplicado-resfriamento com um campo aplicado) Maguemita