O grafeno fluorado livre de metal não apresenta sinais de toxicidade em testes de cultura celular

O grafeno, material formado por folhas de carbono, finas  na espessura de um átomo, que os cientistas de materiais esperam usar para tudo, desde nanoeletrônica e descongelantes de aeronaves até baterias e implantes ósseos, também podem encontrar uso como agentes de contraste para ressonância magnética (MRI), de acordo com nova pesquisa de Universidade de Rice.

"Eles têm muitas vantagens em comparação com agentes de contraste convencionalmente disponíveis", disse Ruth Sruthi Radhakrishnan sobre os pontos quânticos baseados em grafeno que estudou nos últimos dois anos. "Praticamente todos os agentes de contraste amplamente utilizados contêm metais tóxicos, mas nosso material não tem metal, é apenas carbono, hidrogênio, oxigênio e flúor, e em todos os nossos testes até agora não mostrou sinais de toxicidade".

Credit: C.S. Tiwari/Rice University

As descobertas iniciais para nanopartículas de Rice - discos de grafeno que são decorados com átomos de flúor e moléculas orgânicas que os tornam magnéticos - são descritas em um novo artigo na revista Particle and Particle Systems Characterization.

Pulickel Ajayan, cientista de materiais de Rice que está dirigindo o trabalho, disse que os pontos quânticos fluorados de óxido de grafeno podem ser particularmente úteis como agentes de contraste de MRI porque eles podem ser direcionados a tipos específicos de tecidos.

"Há métodos testados e verdadeiros para a ligação de biomarcadores a nanopartículas de carbono, de modo que se poderia facilmente imaginar o uso desses pontos quânticos para desenvolver agentes de contraste específicos de tecidos", disse Ajayan. "Por exemplo, este método pode ser usado para seletivamente segmentar tipos específicos de câncer ou lesões cerebrais causadas pela doença de Alzheimer. Esse tipo de especificidade não está disponível com os agentes de contraste em uso atualmente.

Os scanners de ressonância magnética fazem imagens das estruturas internas do corpo usando fortes campos magnéticos e ondas de rádio. Como exames diagnósticos, os exames de ressonância magnética freqüentemente fornecem maiores detalhes do que os raios-X sem a radiação nociva, e como resultado, o uso de ressonância magnética aumentou acentuadamente na última década. Mais de 30 milhões de ressonâncias magnéticas são realizadas anualmente nos EUA.

Radhakrishnan disse que seu trabalho começou em 2014 depois que a equipe de pesquisa de Ajayan descobriu que a adição de flúor a grafite ou grafeno fazia com que os materiais aparecessem bem em exames de ressonância magnética.

Todos os materiais são influenciados por campos magnéticos, incluindo tecidos animais. Em scanners de ressonância magnética, um campo magnético poderoso faz com que átomos individuais em todo o corpo se tornem magneticamente alinhados. Um pulso de energia de rádio é usado para interromper este alinhamento, e a máquina mede quanto tempo leva para os átomos em diferentes partes do corpo demoram para se tornar realinhados. Com base nessas medidas, o scanner pode construir uma imagem detalhada das estruturas internas do corpo.

Os agentes de contraste de MRI encurtam a quantidade de tempo que  os tecidos levam para se realinhar e melhoram significativamente a resolução de exames de ressonância magnética. Quase todos os agentes de contraste comercialmente disponíveis são feitos de metais tóxicos como gadolínio, ferro ou manganês.

"Trabalhamos com uma equipe do MD Anderson Cancer Center para avaliar a citocompatibilidade dos pontos quânticos de óxido de grafeno fluorado", disse Radhakrishnan. "Utilizamos um teste que mede a atividade metabólica de culturas de células e detecta toxicidade como uma queda na atividade metabólica. Incubamos pontos quânticos em culturas de células renais por até três dias e não encontramos morte celular significativa nas culturas, mesmo no mais alto índice de concentrações."

Os estudos dos quantum dots de  óxido de grafeno fluorado de Radhakrishnan podem ser feitos em menos de um dia, mas ela passou dois anos aperfeiçoando a receita para a síntese deles. Inicia-se com folhas de grafeno de tamanho micrométrico que foram fluoradas e oxidadas. Quando estes são adicionados a um solvente e agitados durante várias horas, quebram em pedaços menores. diminuir o tamanho do material não é difícil, mas o processo para fazer pequenas partículas com as propriedades magnéticas apropriadas é complexo. Radhakrishnan disse que não houve "momento eureka" no qual ela de repente obteve os resultados corretos tropeçando na melhor fórmula. Em vez disso, o projeto foi marcado por melhorias incrementais através de dezenas de pequenas alterações.

"Isso exigiu muita otimização", disse ela. "A receita importa muito". Radhakrishnan disse que planeja continuar estudando o material e espera eventualmente ter auxílio em provar que é seguro e eficaz para exames clínicos de MRI.

"Eu gostaria de vê-lo aplicado comercialmente de forma clínica, porque possui muitas vantagens em relação aos agentes convencionalmente disponíveis", disse ela.

Mais informações: Sruthi Radhakrishnan et al. Metal-Free Dual Modal Contrast Agents Based on Fluorographene Quantum Dots, Particle & Particle Systems Characterization (2016). DOI: 10.1002/ppsc.201600221 

Pesquisadores afirmam que o Borofeno pode ser o melhor material para eletrônicos "vestíveis"

Apesar de serem vistos como ideais para a eletrônica, materiais bidimensionais como o grafeno podem ser muito planos e difíceis de esticar para servir em dispositivos flexíveis e possíveis de vestir (wearable). O borofeno "ondulado" pode ser melhor – que o grafeno - de acordo com cientistas da Universidade Rice.

O laboratório do físico teórico Boris Yakobson e seus colaboradores experimentais observaram exemplos de borofeno metálico ondulante naturalmente, em uma camada de boro de espessura atômica, e sugeriram que transferi-la para uma superfície elástica preservaria a elasticidade do material juntamente com as propriedades eletrônicas úteis do borofeno.

O grafeno possui uma condução eletrônica alta, disse Yakobson, mas é muito rígido para dispositivos que também precisam esticar, comprimir ou até mesmo torcer, porém o borofeno quando depositado sobre um substrato de prata desenvolve corrugações em nano escala tornando possível a ele ser movido para uma superfície flexível. A pesquisa foi publicada este mês na revista Nano Letters. A Universidade de Rice colaborou com os experimentalistas no Argonne National Laboratory e Northwestern University para estudar o borofeno, que foi produzido em pequenas quantidades. Sob o microscópio, o borofeno exibe corrugações que demonstram sua natureza ondulada, o que significa que pode ser altamente esticado uma vez removido do substrato de prata.

Borofeno sobre átomos de prata. Créditos Zhuhua Zhang/Rice University

O grupo Rice fez simulações de computador para analisar as propriedades dos materiais a partir dos átomos da imagem acima. As simulações do primeiro autor Zhuhua Zhang, um pesquisador pós-doutorado no grupo de Yakobson, mostraram que as unidades hexagonais no borofeno ajudam a suavizar o material para facilitar sua forma ondulada. O borofeno é metálico em seu estado típico, com forte acoplamento elétron-fônon para suportar a sua supercondutividade e “uma estrutura de banda rica que contém cones Dirac, como no grafeno", disse Yakobson.

Há um problema: borofeno precisa da estrutura subjacente para torná-lo ondulado. Quando crescido em uma superfície sem defeitos, sua forma natural se assemelha ao grafeno. Zhang afirma que o borofeno é melhor visto como uma rede triangular com matrizes periódicas de unidades hexagonais.

O borofeno prefere ser plano porque é onde sua energia é mais baixa, Yakobson disse. Mas surpreendentemente, quando crescido em prata, o borofeno adota sua forma de ondas. A ondulação pode ser retida por "re-colagem" de boro sobre outro substrato.

"Esta conformação ondulada até agora parece única devido à flexibilidade estrutural excepcional e particular interações do borofeno com prata e pode ser inicialmente desencadeada por uma ligeira compressão na camada quando os átomos de boro chegam à superfície", disse Zhang.

Mais informações: Zhuhua Zhang et al. Substrate-Induced Nanoscale Undulations of Borophene on Silver, Nano Letters (2016). DOI: 10.1021/acs.nanolett.6b03349 

Read more at: http://phys.org/news/2016-10-d-boron-flexible-electronics.html#jCp

Pesquisadores da Universidade de Rutgers descobrem técnica simples para a produção de grafeno de alta qualidade

Uma técnica simples para produção de grafeno de alta qualidade foi concebido por engenheiros da Universidade de Rutgers, que poderão serem utilizados ​​mais tarde na construção de dispositivos eletrônicos e na próxima geração de armazenamento de energia. Este trabalho foi publicado online na recente edição da revista Science.

Imagem de microscopia eletrônica de uma fibra feita a partir de grafeno reduzido por microondas de óxido de grafeno. (Crédito: Jieun Yang, Damien Voiry e Jacob Kupferberg )

"Este é um grande avanço no campo grafeno. Este tratamento simples por microondas torna o grafeno excepcionalmente de alta qualidade, com propriedades que se aproximam daquelas do grafeno cristalino". Manish Chhowalla , Professor da Escola de Engenharia Rutgers.

A técnica mais simples para a fabricação de grandes quantidades de grafeno é por exfoliação de filhas de grafite, com a ajuda de substâncias químicas. A desvantagem dessa técnica é que ocorrem reações secundárias, quando o grafeno entra em contato com o oxigênio. Como resultado, é produzido o óxido de grafeno, que não é condutor elétrico, tornando a síntese menos útil para a construção de dispositivos eletrônicos e produtos para armazenamento de energia.

Nos últimos 20 anos, um dos principais desafios enfrentados pela comunidade científica que trabalha com grafeno é que, eles têm dificuldade para remover o oxigênio do óxido de grafeno para fabricação de grafeno de alta qualidade. A estrutura atômica cristalina do grafeno é danificada por oxigênio e, portanto, tem as suas propriedades deterioradas.

Chhowalla e seus colegas descobriram que cozinhar o óxido de grafeno, esfoliado do grafite, por apenas um segundo em um forno de microondas de 1.000 W (o forno geralmente usado em lares americanos) resultará na eliminação de quase todo o oxigênio do óxido de grafeno.

[traduzido de: http://www.azonano.com/news.aspx?newsID=35001]

Nanotoxicidade: a busca pelo padrão ouro!

Toxicologistas avaliaram alguns milhares de estudos sobre os riscos associados com nanopartículas e descobriram uma série de deficiências: experiências mal preparadas e resultados que não exercem ou possuem qualquer influência. Os pesquisadores estão agora a desenvolver novos padrões para tais experimentos dentro de uma rede internacional.

 O toxicologista Harald Krug do Empa (Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology) tem satirizado seus colegas na revista Angewandte Chemie. Ele avaliou milhares de estudos sobre os riscos associados com nanopartículas e em vez de simplesmente fazer uma crítica, no entanto, a Empa está desenvolvendo novos padrões para tais experimentos dentro de uma rede internacional.

Pesquisar a segurança das nanopartículas é muito importante e milhares de cientistas em todo o mundo estão realizando pesquisas sobre o tema, examinando a questão sobre se as nanopartículas de dióxido de titânio de cremes solares podem causar toxicidade através da pele e no corpo, se os nanotubos de carbono de produtos eletrônicos são tão perigosos para os pulmões como o amianto costumavam ser ou se as nanopartículas em alimentos podem entrar na corrente sanguínea através da flora intestinal, por exemplo. O interesse do público é grande, fundos de pesquisa estão fluindo - e o número de projetos científicos está subindo rapidamente: entre 1980 e 2010, um total de 5.000 projetos foram publicados, aumentando para a publicação dos mesmos 5.000 artigos apenas nos últimos três anos. No entanto, a quantidade de novos conhecimentos só tem aumentado marginalmente, afinal de contas, de acordo com Krug a maioria dos projetos são mal executados e todos, mas inútil para as avaliações de risco.

Como as nanopartículas entram no corpo?

Nanopartículas artificiais medindo entre um e 100 nanômetros em tamanho pode teoricamente entrar no corpo de três maneiras: através da pele, através dos pulmões e através do trato digestivo. Quase todo estudo conclui que, a pele intacta saudável é uma barreira de proteção eficaz contra a nanopartículas. Quando se trata de a rota através do estômago e intestino, no entanto, a comunidade científica está em desacordo, como quando nanopartículas feitas de substâncias solúveis, como o óxido de zinco ou prata estão sendo estudadas. Embora as partículas desintegram-se e os íons livres no corpo são citotóxicos, este efeito não tem nada a ver com o tema de nanopartículas mas está meramente associada à toxicidade da  substância (dissolvida) e a dose ingerida.

Os animais de laboratório morreram em vão - overdoses drásticas e outros erros

Krug também descobriu que alguns pesquisadores maltratam seus animais de laboratório com altas quantidades de nanopartículas. Os cientistas chineses, por exemplo, experimentaram ratinhos alimentados com cinco gramas de óxido de titânio por quilograma de peso corporal, sem detectar quaisquer efeitos. A título de comparação: a metade da quantidade de sal de cozinha já teria matado os animais. Um trabalho superficial também está sendo feita no estudo da exposição dos pulmões à nanopartículas: experiências de inalação são caros e complexos, porque um número definido de partículas tem de ser liberado no ar. Embora seja mais fácil colocar as partículas diretamente na traqueia do animal, alguns pesquisadores exageram a tal ponto que os animais sufocar na pura massa de nanopartículas.

Enquanto outros estudos podem ser realizados sem testes em animais e conduzir experimentos in vitro em células, aqui, também existem erros nos procedimentos: culturas de células são cobertas por camadas de nanopartículas com até 500 nanômetros de espessura, levando-os a morrer por falta de nutrientes e oxigênio por si só - não a partir de um nano efeito real. E mesmo a experiência mais meticulosa é inútil se as partículas utilizadas não foram caracterizadas rigorosamente de antemão. Alguns pesquisadores simplesmente ignoram este trabalho preparatório e usam as nanopartículas "em linha reta fora da caixa". Tais experiências são irreproduzíveis, adverte Krug.

A solução: ensaios inter laboratoriais com materiais padrão

A Empa está colaborando, assim, com os grupos de pesquisa como o Laboratório de Tecnologia em Pó da EPFL, com parceiros industriais e com o escritório federal de Saúde Pública da Suíça (BAG) para encontrar uma solução para o problema: no dia 9 de outubro de 2014, o programa "NanoScreen", iniciou o desenvolvimento daquilo que é esperado para produzir um conjunto de métodos pré validados para experiências de laboratório ao longo dos próximos anos. Ele envolve o uso de materiais de teste que têm uma distribuição de tamanho de partícula bem definido, possuem propriedades biológicas e químicas bem documentados e podem ser alterados em certos parâmetros - como carga de superfície. "Graças a esses métodos e substâncias de ensaio, laboratórios internacionais serão capazes de comparar, verificar e, se necessário, melhorar as suas experiências", explica Peter Wick, chefe de laboratório de materiais para interações biológicas da Empa.

Referência:

1. Harald F. Krug. Nanosicherheitsforschung - sind wir auf dem richtigen Weg? Angewandte Chemie, 2014; DOI: 10.1002/ange.201403367

 

Novo estudo mostra que nanopartículas presentes em protetor solar podem prejudicar a vida marinha

Um novo estudo mostra que as nanopartículas de dióxido de titânio (TiO2) e óxido de zinco no protetor solar podem reagir com a luz solar e prejudicar o fitoplâncton. Fitoplâncton são plantas marinhas microscópicas e uma importante fonte de alimento para pequenos peixes, camarões e baleias.

Fitoplâncton

O fitoplâncton é a base de toda a cadeia alimentar marinha. A recente pesquisa sugere que o dióxido de titânio pode prejudicar também os corais e levanta sérias dúvidas sobre o impacto das nanopartículas em protetores solares sobre a vida marinha australiana. Estes componentes nunca deveriam ter sido permitidos em protetor solar sem antes passarem por testes para demonstrar que eles são seguros para a saúde humana e o meio ambiente. Os autores do estudo verificaram que ambos, o dióxido de titânio e o óxido de zinco, no  filtro solar produzem peróxido de hidrogênio, quando expostos à luz solar. Estudos anteriores demonstraram que este subproduto pode danificar o fitoplâncton. Os autores investigaram as concentrações de peróxido de hidrogênio e íons de titânio na água em diferentes zonas balneares do Mediterrâneo. Os cientistas concluíram que o aumento do turismo - e, consequentemente, o aumento dos níveis de nanopartículas de protetor solar em ambientes marinhos - poderiam ter "consequências ecológicas importantes".

Estudos recentes mostram que o óxido de zinco nanoestruturado é altamente tóxico para os organismos aquáticos e dióxido de titânio nanoestruturado tem sido encontrado em níveis tóxicos para truta arco-íris, as algas e pulgas de água - especialmente após a exposição à luz UV.

Infelizmente, os australianos querendo proteger a vida marinha e evitar nano componentes em filtros solares, atualmente não são capazes de fazê-lo, uma vez que estes ingredientes não são rotulados, na Austrália. Nano componentes em filtro solares são indicados nos rótulos na Europa desde o ano passado e Nova Zelândia tem a intenção de introduzir a rotulagem em 2015.

Fonte: Amigos da Terra

Técnica de Spray supersônico permite criar grafenos sem defeitos em escala industrial

Um método simplese barato de spray que deposita um filme de grafeno pode melhorar defeitos de fabricação e produzir uma camada de grafeno de alta qualidade em uma variedade de substratos, relatam pesquisadores da Universidade de Illinois em Chicago e Universidade da Coreia. O estudo está disponível online na revista Advanced Functional Materials.

Usando um spray supersônico, flocos deformados de grafeno com estruturas pentagonais e heptagonal esticam no impacto e mantêm-se em uma perfeita treliça hexagonal de grafeno. Isso abre o caminho para expansão da fabricação a partir da escala microscópica para aplicações em escala industrial (créditos Suman Sinha-Ray).

O grafeno, um maravilhoso material bidimensional composto de uma única camada de átomos de  carbono, é forte e transparente, e um excelente condutor de eletricidade. Tem o potencial para uma vasta gama de aplicações, tais como o reforço e adição de propriedades elétricas em materiais  plásticos; criação de circuitos integrados mais densos e mais rápidos; e construção de melhores telas touch screen.

Embora os potenciais usos para o grafeno pareçam ilimitados, não houve nenhuma técnica viável  de ampliar a produção do nível microscópico para manufatura em larga escala sem a introdução de defeitos, diz Alexander Yarin , professor de engenharia mecânica e industrial e co-pesquisador do estudo.

"Normalmente, o grafeno é produzido em pequenos flocos, e mesmo esses pequenos flocos têm defeitos", disse Yarin . Pior ainda, quando você tenta depositá-los em uma grande área de, os defeitos aumentam e propriedades úteis do grafeno são perdidos, disse ele. Yarin primeiro pesquisou como depositar flocos de grafeno para formar uma camada consistente, sem quaisquer grupos ou espaços. Ele procurou Sam S. Yoon, professor de engenharia mecânica na Universidade da Coreia e co -investigador principal do estudo.

Yoon estava trabalhando com um sistema de deposição cinética na forma de spray que explora a aceleração supersônica de gotas através de um bocal especial. Embora o prof. Yoon trabalhasse com materiais diferentes, Yarin acreditou que o seu método poderia ser utilizado para depositar flocos de grafeno numa camada lisa.

O seu sistema de pulverização supersônica produz gotas muito pequenas de suspensão de grafeno, que se dispersam uniformemente, evaporam rapidamente e reduzem a tendência dos flocos de grafeno se agregarem. Mas, para surpresa dos pesquisadores, os defeitos inerentes aos flocos desapareceram como um subproduto do método de pulverização. O resultado foi uma camada de grafeno de maior qualidade, como os encontrados na análise por um outro colaborador, Suman Sinha -Ray.

Os pesquisadores demonstraram que a energia do impacto se estende no grafeno e o reestrutura seus átomos num arranjo de hexágonos de carbono perfeitos."Imagine algo como uma cola batendo em uma parede - que se estende para fora e se espalha suavemente ", disse Yarin . "Isso é o que nós acreditamos que acontece com esses flocos de grafeno . Eles bateram com enorme energia cinética, e esticaram em todas as direções. Yarin e seus colegas coreanos esperam continuar a sua colaboração de sucesso e promover o desenvolvimento de aplicações em escala industrial de grafeno.

Fonte: Tgtechno

Ratos crescidos no espaço mostram onde os pontos quânticos penetram a pele

Podem parecer como algo captado pelo telescópio Hubble, mas estes ratos estão revelando mais sobre o seu espaço interior do que o que está no espaço sideral. Os pontinhos fluorescentes , manchas e nuvens quem marcam seus corpos são nanopartículas apresentadas dentro de sua pele e realçados por luz ultravioleta.

 As nano partículas são cada vez mais utilizadas no tratamento (purificação) de água , embalagens de alimentos, cosméticos e pesticidas, o que levou as preocupações sobre os efeitos na saúde da sua exposição a longo prazo. No entanto, até agora, tem sido difícil quantificar a acumulação de nanopartículas dentro dos tecidos, sem os destruir.

Estas imagens mostram camundongos injetados com nano partículas chamadas pontos quânticos - , partículas semi condutoras sensíveis à luz com apenas alguns nanômetros de diâmetro. As partículas podem ser vistas sob a pele, quando os animais são expostos à luz ultravioleta, utilizando uma técnica chamada plasma indutivamente acoplado a espectroscopia de emissão atômica.
Warren Chan, da Universidade de Toronto, Canadá, encontrou que a concentração de tais partículas na pele está diretamente correlacionada tanto com a dose injetada como com a sua acumulação em outros órgãos. Sua equipe espera que esta descoberta possa ser utilizada para prever melhor como as nanopartículas se comportam no corpo.

Fonte: [Nature] ncomms4796.html