Nanoquímica

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A Nanotecnologia e Nanociências (N&N) constituem uma área emergente do conhecimento científico que terá um impacto elevado na nossa sociedade. A escala nanométrica (1 metro = 1 000 000 000 nanómetros) é característica de objectos com tamanhos entre as dimensões das moléculas e as de partículas submicrométricas. Talvez por isso, os termos N&N têm vindo a ser utilizados em diferentes contextos e em relação a quase tudo o que se possa medir à escala nano.

Tito Trindade é doutorado em Química Inorgânica pelo Imperial College de Londres. É actualmente Professor Associado da Universidade de Aveiro onde tem desenvolvido investigação e actividades pedagógicas, nomeadamente no âmbito da Nanoquímica.

Esta definição, para além de carecer de fundamentação científica, pode levar a uma avaliação incorrecta das potencialidades e limitações da N&N. Uma definição suficientemente abrangente e normalmente aceite na comunidade científica, considera a N&N como uma área inter-disciplinar que envolve o conhecimento e manipulação de materiais com dimensões entre 1- 100 nm, apresentando estes propriedades singulares num sentido que permitem o desenvolvimento de aplicações e dispositivos tecnológicos inovadores.

Na N&N confluem diversas disciplinas científicas, uma vez que não só as propriedades físicas, químicas e biológicas dos materiais à escala nano são diferentes das moléculas e dos sólidos típicos, como é também previsível que ocorram descobertas interessantes em abordagens inter-disciplinares. É neste contexto de integração de diversas competências que surge o termo Nanoquímica, referindo-se especificamente a conhecimentos típicos da Ciência Química que se consideram fundamentais para o desenvolvimento da N&N.

O objectivo principal da Nanoquímica é a síntese e manipulação química de nanoobjectos que possam ser aplicados na construção de novas nanoestruturas. O termo LEGO-Química encontra-se muitas vezes associado à Nanoquímica, tratando-se de uma analogia particularmente feliz, pois não só os nano-objectos podem ser comparados a peças de construção LEGO como, tal como estas, também apresentam determinadas características morfológicas e de funcionalidade que por si só são igualmente objectos de estudo da Nanoquímica. As nanopartículas são exemplos de nano-objectos cuja investigação tem despertado um interesse crescente por parte dos químicos.

As nanopartículas de determinados materiais apresentam propriedades únicas e ilustram exemplarmente a variação de determinadas propriedades com o tamanho de partícula. A título de exemplo refira-se a alteração da cor de alguns semicondutores nanocristalinos ou nanometais com a variação do tamanho médio de partícula. No caso dos semicondutores, as diferentes cores observadas em nanopartículas do mesmo material devem-se a propriedades ópticas e electrónicas distintas que resultam de efeitos de confinamento quântico de dimensão que ocorrem nessas nanopartículas.

A natureza quântica

Como o próprio nome sugere, este efeito só é explicável tendo em conta a natureza quântica da matéria, pelo que as nanopartículas de semicondutores que exibem este comportamento são habitualmente designadas por pontos quânticos (quantum dots). É importante reter que este efeito óptico resulta de uma alteração da estrutura electrónica do semicondutor como consequência da variação do tamanho médio de partícula.

Não surpreende por isso que uma componente relevante da Nanoquímica investigue métodos de síntese química que possibilitem o controlo rigoroso do tamanho, forma e natureza da superfície de nanopartículas de composição química diversa. Actualmente existem métodos químicos que permitem obter não só nanopartículas de diversos materiais, desde os metais aos polímeros, como outro tipo de nanoestruturas, por exemplo nanofios e nanotubos.

Em comum, têm o facto de as propriedades exibidas por estes nanomateriais não deixarem indiferente o mais distraído dos observadores. A produção de produtos de base nanotecnológica passa também pela Nanoquímica. Os nanomateriais uma vez quimicamente modificados podem ser utilizados em diferentes campos de aplicação, desde a medicina à opto-electrónica. Por exemplo, o recurso a nanopartículas para aplicações bio-médicas tem sido motivo de intensa investigação nos últimos anos. Muitas das aplicações a serem investigadas envolvem a modificação química da superfície das nanopartículas de modo a torná-las biocompatíveis com sistemas biológicos.

Deste modo, investigam-se por exemplo colóides constituídos por nanopartículas magnéticas para técnicas de diagnóstico e terapêutica. As nanopartículas podem ser igualmente aplicadas em produtos da indústria tradicional no sentido de lhes conferir propriedades específicas, é o que sucede por exemplo nas indústrias das tintas, dos têxteis e do papel. A manipulação química de nano-objectos no sentido de fabricar novas nanoestruturas funcionais tem vindo a conquistar um número crescente de investigadores. Alguns destes métodos químicos procuram mimetizar processos de auto-construção (self-assembly) naturais originando nanoestruturas hierarquicamente organizadas e complexas.

A Nanoquímica procura ainda estabelecer metodologias científicas que avaliem o impacto dos produtos de base nanotecnológica aos mais diversos níveis, em especial na saúde e no ambiente. Nesta perspectiva, uma opinião pública esclarecida é seguramente um aspecto importante no sentido de se valorizar o que de melhor a nanotecnologia poderá oferecer.