Grupo de estudo em Bioeletroquímica, que tem pesquisadores da UEM, desenvolve eletrodos para catálises enzimáticas; instituição francesa pode firmar convênio com a UEM
A combinação de nanotubos de carbono, polímeros, nano-objetos e enzimas no desenvolvimento de eletrodos para catálises enzimáticas e conversão energética são objetos de estudos entre pesquisadores e cientistas de diversas áreas de conhecimento transversais no desenvolvimento de eletrodos para catálises enzimáticas. Eletrodos são sistemas condutores essenciais em sistemas elétricos ou eletroquímicos, e a utilização de nanotecnologia no desenvolvimento destes eletrodos é atualmente foco de pesquisadores do mundo todo, a partir da exploração de propriedades da matéria na nanoescala (materiais ou estruturas com dimensões extremamente pequenas, na escala nanométrica, ou seja, na faixa de bilionésimos de metros).
Recentemente, o seminário intitulado "Nanotubos de Carbono, Polímeros, Nano-Objetos e Enzimas, uma Combinação Racional para Conversão de Energia e Projeção de Sensores", foi apresentado na Universidade Estadual de Maringá (UEM), por meio do Programa de Pós-Graduação em Química. Paulo Henrique M. Buzzetti abordou trabalhos que tiveram a participação de seu professor e orientador da tese, Emerson Marcelo Girotto, docente do Departamento de Química (DQI/UEM). Durante o seminário também foram abordados trabalhos recentes publicados na área de bioeletroquímica pelo grupo de pesquisa em Bioeletroquímica, para Sensores, Energia e Nanomateriais (BioSEN), vinculado ao Département de Chimie Moléculaire (DCM) da Université Grenoble Alpes, na França. Os principais temas abordados foram a utilização de nanomateriais e enzimas no desenvolvimento de eletrodos para catálises enzimáticas e conversão energética.
Dispositivos médicos vestíveis e smartwatches são apenas dois exemplos que ilustram a ampla gama de produtos e aplicações em que as tecnologias de química analítica e conversão de energia são utilizadas. Nos últimos 40 anos, o grupo de pesquisa BioSEN, tem se dedicado a pesquisar o uso de biomateriais, como polímeros eletrogerados, nanotubos de carbono e nano-objetos para aprimorar a funcionalidade de eletrodos.
Recentemente, o BioSEN apresentou o uso de gliconanopartículas resultantes da autoassociação de copolímeros de poliestireno e ciclodextrina, no desenvolvimento de sistemas de monitoramento de glicose para dispositivos/equipamentos médicos vestíveis. “Essas gliconanopartículas atuam como suportes para enzimas responsáveis pela detecção de glicose, melhorando a eficiência da detecção na superfície do eletrodo. Esses tipos de pesquisas servem como base para o desenvolvimento de diversos outros produtos e tecnologias, incluindo sensores de monitoramento ambiental, dispositivos médicos implantáveis, painéis solares e células fotovoltaicas, sistemas de armazenamento de energia, células de combustível e outros. Os avanços contínuos nessas áreas de pesquisa contribuem para a melhoria da saúde, sustentabilidade ambiental e eficiência energética”, relatou o cientista, Paulo Henrique M. Buzzetti.
Pesquisa e Desenvolvimento
A Assessoria de Comunicação Social (ASC/UEM) entrevistou neste semestre, via e-mail, o pesquisador Paulo Henrique M. Buzzetti, que desenvolveu o seminário ministrado no Programa de Pós-Graduação em Química (DQI/UEM), no dia 28 de junho de 2023. A próxima proposta é selar um convênio internacional entre as duas instituições.
ASC: Qual a importância da sua pesquisa em relação à aplicabilidade de seus estudos, na prática?
Cientista: “A pesquisa realizada pelo grupo BioSEN é de extrema importância em termos de aplicabilidade prática, abrangendo áreas cruciais como saúde, meio ambiente e energia. Os avanços obtidos podem ter um impacto significativo em várias aplicações do mundo real”.
Melhoria da Saúde- "O desenvolvimento de dispositivos médicos vestíveis, como os mencionados na pesquisa, podem revolucionar a forma como monitoramos nossa saúde. Esses dispositivos permitem que os pacientes monitorem continuamente seus níveis de glicose, pressão arterial e outros parâmetros, fornecendo informações cruciais para o gerenciamento de condições médicas e melhorando a qualidade de vida”.
Monitoramento Ambiental- “A pesquisa também pode levar ao aprimoramento de sensores de monitoramento ambiental, permitindo a detecção rápida e precisa de poluentes e substâncias tóxicas na água e no solo. Essa capacidade de monitorar e alertar sobre a qualidade ambiental ajuda a proteger a saúde pública e a sustentabilidade do meio ambiente”.
Avanços em Energia- “A utilização de biofuel cells, também conhecidas como biopilhas a combustível, apresentam potenciais significativos para alimentar diversos dispositivos e equipamentos, desde pequenos aparelhos, como smartwatches, marca-passos e lentes de contato elétricas, até sistemas de monitoramento, como rastreadores de encomendas. Essas biopilhas a combustível oferecem uma fonte de energia mais limpa e sustentável para esses dispositivos e sistemas, reduzindo a dependência de fontes de energia tradicionais como pilhas e baterias. Além disso, essas células podem ser especialmente valiosas em regiões remotas ou situações de emergência, onde o acesso à energia elétrica convencional é limitado”.
ASC:Quais os próximos passos desta pesquisa?
Cientista: “Os próximos passos da pesquisa envolverão a exploração de novos nanomateriais para o design de eletrodos, visando aprimorar a sensibilidade dos sensores e a eficiência na conversão energética. Essa abordagem visa utilizar materiais avançados que melhorem o desempenho dos dispositivos.
Além disso, será importante conduzir ensaios laboratoriais para validar os resultados e desenvolver protótipos para aplicabilidade prática. Esses protótipos permitirão testar e demonstrar a funcionalidade das tecnologias desenvolvidas em condições reais. Com esses avanços, a pesquisa do grupo BioSEN poderá trazer inovações valiosas para a sociedade, proporcionando avanços na saúde, meio ambiente e eficiência energética”.
ASC: Como sensores de monitoramento ambiental e dispositivos médicos implantáveis poderão beneficiar a população? E como isso será aplicado a outros sistemas de armazenamento de energia, células de combustíveis, etc. ?
Cientista: “Em relação aos sensores de monitoramento ambiental, eles têm a capacidade de detectar e alertar sobre a presença de poluentes, toxinas ou agentes patogênicos no ar, água ou solo, contribuindo para a proteção da saúde pública. Esses sensores possibilitam uma resposta rápida a situações de risco à saúde, permitindo a implementação de medidas adequadas de controle e prevenção. Além disso, ao monitorar a qualidade do meio ambiente, esses sensores auxiliam na identificação de áreas de preservação, controle de emissões poluentes e gestão sustentável dos recursos naturais. Isso pode ajudar a preservar ecossistemas e promover práticas mais responsáveis com o meio ambiente.
“Quanto aos dispositivos médicos implantáveis, vale ressaltar que existem diversos sistemas sendo desenvolvidos. Nosso trabalho concentra-se em sistemas que podem gerar energia elétrica a partir de componentes presentes em um ser vivo, como glicose e oxigênio. Essa energia teria o potencial de alimentar o funcionamento de dispositivos médicos implantáveis ou vestíveis. Esses dispositivos podem melhorar o diagnóstico e tratamento de condições médicas, permitindo um acompanhamento contínuo e personalizado dos pacientes. Isso pode levar a um tratamento mais eficaz, maior controle de doenças crônicas e, consequentemente, uma melhoria significativa na qualidade de vida dos pacientes”.
ASC: O que são polímeros condutores e nano-objetos eletro gerados para design de eletrodos e a engenharia de eletrodos para reações eletroenzimáticas?
Cientista: “Para evitar um vocabulário científico, os polímeros são materiais resultantes da combinação de várias moléculas que se ligam entre si, assim como vagões de trem se conectam para formar um trem. Os polímeros podem ter diferentes propriedades e usos, como plásticos, borrachas e fibras. Eles estão presentes em muitos objetos que usamos no nosso cotidiano, como garrafas de plástico, embalagens, roupas e muito mais. Além disso, existem os polímeros condutores, que possuem características únicas de condução elétrica e são utilizados em várias aplicações, inclusive na preparação de eletrodos, onde podem ser usados como fios condutores de energia.
Por outro lado, os nano-objetos são materiais ou estruturas com dimensões extremamente pequenas, na escala nanométrica, ou seja, na faixa de bilionésimos de metros. Eles incluem nanopartículas, nanofibras, nanotubos, nanocristais, entre outros. Devido ao seu tamanho minúsculo, esses nano-objetos apresentam propriedades e comportamentos únicos em comparação com materiais de tamanho maior. Eles são úteis na produção de eletrodos, pois proporcionam uma maior superfície de reconhecimento do componente químico, que é alvo de análise (analito alvo), como patógenos, anticorpos, vírus, etc”.
ASC: E isso serve como base para pesquisa?
Cientista: “Sim. A combinação de polímeros condutores e nano-objetos é muito útil na criação de eletrodos. Quando aplicados em reações eletroenzimáticas, esses eletrodos podem melhorar o desempenho das reações eletrocatalíticas enzimáticas, resultando em sensores mais sensíveis ou na produção de mais energia".
ASC: O que são dispositivos vestíveis?
Cientista; "Dispositivos vestíveis ou simplesmente tecnologias vestíveis é um termo geral para um grupo de sistemas móveis móveis, como relógios, fones de ouvido, óculos de realidade aumentada e aparelhos para atividades físicas, projetados para serem utilizados como acessórios ou ao longo do dia. Esses dispositivos são frequentemente chamados de wearables. Além de serem capazes de facilitar a rotina do usuário, podem contribuir para o acompanhamento da saúde física e mental".
Ampla Experiência
Currículo: O cientista Paulo Henrique M. Buzzetti é químico com ampla experiência em diversas áreas de pesquisa. Atualmente, ele trabalha como Pesquisador Associado no Département de Chimie Moléculaire (DCM) - Université Grenoble Alpes (UGA), na França, onde estuda a combinação de polímeros condutores e nanoobjetos eletrogerados para o design de bioeletrodos e a engenharia de eletrodos para reações eletroenzimáticas. Ele também trabalhou como pesquisador visitante na University of California San Diego (UCSD), onde realizou pesquisas no Laboratory for Nanobioelectronics sob a orientação do Dr. Joseph Wang, com foco no desenvolvimento de biocélulas a combustíveis vestíveis. Os interesses de pesquisa do Dr. Buzzetti abrangem uma ampla gama de tópicos, incluindo eletroquímica molecular, biossensores eletroquímicos e ópticos, ressonância de plasmon de superfície, sistemas microfluídicos, polímeros condutores, nanotubos de carbono, buckypapers e grafeno, biopilhas a combustíveis e conversão de energia, auto-montagem de copolímeros e sistemas de monitoramento de corrosão.
Graduado em Química (Licenciatura/2013) na Universidade Estadual de Maringá (UEM). Nesta ocasião, participou de projetos relacionados ao desenvolvimento tecnológico e inovação (Pibiti) durante três anos, vinculados ao Laboratório de Química de Materiais e Sensores (LMSEN), sob a orientação do professor Emerson Marcelo Girotto (DQI). Buzzetti também possui mestrado em Química pela Universidade Federal Fluminense (UFF). Durante seus estudos de mestrado, avaliou a eficiência de inibidores de corrosão em aço carbono, trabalhando em sistemas de monitoramento de corrosão e formação de incrustações inorgânicas nas instalações do Grupo de Eletroquímica e Eletroanálise (G2E).
O pesquisador Paulo Henrique M. Buzzetti obteve seu título de Doutor em Química pela Universidade Estadual de Maringá (UEM) no ano de 2020. Durante seus estudos de doutorado, no Laboratório de Química de Materiais e Sensores (LMSEN), sob a orientação de Girotto (DQI/UEM), trabalhou na geração de gradientes de concentração em sistemas microfluídicos para acoplamento em dispositivos de biossensoriamento de ressonância de plasmon de superfície (SPR). Ele também realizou um estágio em biopilhas- biocombustível para alimentação de pequenos dispositivos elétricos in vivo no Département de Chimie Moléculaire (DCM) - Université Grenoble Alpes (UGA), na França.
