Nanotecnologia

Unicamp desenvolve nanopeneiras de polímeros para uso biomédico

Luiz Sugimoto - 15/09/2009

[Imagem: Unicamp]

Aplicações biológicas e biomédicas

Pesquisadores da Unicamp acabam de desenvolver nanopeneiras poliméricas, com aplicações principalmente em processos biológicos, que prometem ser alternativa bem mais eficaz do que as membranas de microfiltração disponíveis no mercado.

São materiais biocompatíveis e biodegradáveis de uso potencial, por exemplo, em cápsulas implantadas no corpo humano para a liberação controlada de medicamentos.

"Não há registro na literatura de peneiras ou membranas com este polímero e a mesma homogeneidade e dimensões submicrométricas dos poros. Essas características permitem direcioná-las para aplicações biológicas, como filtração de vírus, bactérias e glóbulos vermelhos", afirma o pesquisador Luis Enrique Gutierrez-Rivera.

Litografia holográfica

Segundo a professora Lucila Cescato, orientadora da pesquisa, o processo de fabricação das nanopeneiras envolveu a litografia interferométrica (ou holográfica), técnica desenvolvida no Instituto de Física da Unicamp. "A técnica consiste em projetar um padrão de interferência, gerado através de dois feixes de laser que, quando coincidem no espaço, demarcam regiões claras e escuras, intercaladamente".

Este padrão de luz e sombra é gravado duas vezes no material fotossensível (no caso, a resina negativa SU-8). A resina é girada em 90 graus entre as exposições e submetida posteriormente à revelação.

"Quando removemos a região não-sensibilizada, formam-se os poros. E, se promovermos mais exposições ao padrão de interferência, é possível gerar estruturas tridimensionais".

Polímeros substituindo o silício

As nanopeneiras foram fabricadas com o polímero PLLA (mistura de ácido poli-L-láctico), que tem a propriedade de se decompor e ser absorvido pelo organismo.

"Na década de 1990, o material dominante em sistemas microeletromecânicos para aplicações biomédicas era o silício, mas nos últimos anos vem sendo cada vez maior a utilização de polímeros, devido às suas propriedades de biocompatibilidade e moldabilidade".

Lucila Cescato observa, entretanto, que as membranas comerciais são produzidas através da síntese de polímeros, o que implica em pouca uniformidade no tamanho dos poros e também na sua estrutura.

Filtros de café e filtros de hemodiálise

"As indústrias de alimentos e químicas utilizam largamente estas membranas na filtração de partículas em função do baixo custo. Ocorre que esses processos não exigem tanta seletividade; coadores de café, por exemplo, são membranas deste tipo".

Já em uma hemodiálise, onde a seletividade é essencial, irregularidades no tamanho dos poros e na morfologia oferecem uma probabilidade, ainda que pequena, de que uma bactéria passe pela membrana. "Diferentemente dos materiais sólidos, os sistemas vivos são mais complicados, havendo células que se contraem e conseguem passar por cavidades menores que o seu tamanho", ilustra a professora.

Além da homogeneidade dos poros, as nanopeneiras possuem superfície lisa, o que facilita o escoamento e permite a retrolavagem, quando um dos problemas na filtração é o entupimento e inutilização das membranas. Por outro lado, Lucila Cescato atenta que por serem muito finas, as nanopeneiras não funcionam em processos industriais com taxa de filtragem e pressão elevadas. "O preço também não seria competitivo para uso em larga escala. Sua melhor aplicação é na filtragem por difusão".

Entrega de medicamentos

Por conta disso, Luis Gutierrez-Rivera buscou nanopeneiras com dimensões e características apropriadas para cápsulas que funcionam como microrreservatórios de onde drogas são difundidas para o fluxo sanguíneo, um processo conhecido como drug delivery system.

"A uniformidade dos poros torna o processo muito mais controlável. A eficácia das drogas depende da concentração adequada: doses acima do indicado são tóxicas, enquanto doses baixas não possuem efeito terapêutico e geram resistência".

Outra aplicação pensada para esses dispositivos é em microrreservatórios contendo células vivas produtoras de substâncias como a insulina. "Além de controlar a taxa de difusão de insulina para o corpo, a nanopeneira protege as células produtoras em seu interior, já que o diâmetro reduzido dos poros impede que os anticorpos entrem para destruí-las".

As nanopeneiras poderiam substituir as membranas poliméricas em mais uma aplicação importante, como biossensores que monitoram o fluxo de sangue através das artérias para detectar possíveis estreitamentos. A vantagem dos dispositivos desenvolvidos por Gutierrez-Rivera está, mais uma vez, na uniformidade dos poros e da estrutura, ao passo que as membranas comerciais apresentam problemas de permeabilidade e seletividade com frequência.

Nanopeneiras mais baratas

O pesquisador explica que, em membranas comerciais, a máxima homogeneidade de poros, na faixa submicrométrica, é obtida pela técnica de track etching, ainda assim com distribuição aleatória e variação de tamanho em torno de 35%. "Na última década, têm sido empregadas técnicas de fotolitografia de alta resolução para alcançar melhor homogeneidade e dimensões apropriadas para novas aplicações biológicas, tais como análise de proteínas e separação de vírus".

A ressalva do pesquisador é que, para fotolitografar poros com dimensões submicrométricas, são necessárias fontes de comprimento de onda muito pequenos, como feixe de elétrons, feixe de íons, luz ultravioleta ou raio X, sistemas extremamente caros ou que se restringem a áreas muito pequenas.

"A técnica que utilizamos - exposição holográfica ou litografia interferométrica - mostrou-se uma alternativa interessante e de baixo custo para gravação de poros com dimensões na faixa de 0,2 a 1 mícron, em áreas de até 4 polegadas, de uma só vez".

Como acrescenta a professora Lucila Cescato, esta técnica permite gravar poros extremamente pequenos em uma área grande, o que seria muito difícil com outro tipo de processo. "O sistema de escrita por feixe de elétrons ou de íons, cujo instrumental é caríssimo, grava em áreas de 100 por 100 micrômetros. Recorrendo à litografia holográfica, gravamos praticamente com a mesma resolução (poros na faixa de 200 a 600 nanômetros) em áreas de centímetros".