Aplicativos
Medicamento
A nanomedicina é um ramo da nanociência e da nanotecnologia que consiste na utilização do conhecimento molecular dos seres vivos e na possibilidade de fabricação de dispositivos que contribuam para a melhoria da saúde humana tanto no campo do design, liberação de medicamentos, construção de nanomateriais biocompatíveis, medicina regenerativa e aprimoramento de técnicas terapêuticas quanto no diagnóstico através do aumento da sensibilidade e especificidade das técnicas convencionais com a fabricação de nanobiossensores.[18].
A medicina em nanoescala oferece avanços tecnológicos específicos que envolvem o controle, monitoramento, reparo, controle, defesa, construção e melhoria de sistemas biológicos.[19] Diferentes aplicações podem ser encontradas na entrega de medicamentos e genes, sondagem da estrutura do DNA, biodetecção de patógenos, engenharia de tecidos, detecção de proteínas, separação e purificação de moléculas e células biológicas, detecção de tumores, entre muitas outras.[20].
Na indústria farmacêutica são utilizados para tratamentos farmacológicos, regeneração, implantes de dispositivos e diagnósticos in vitro e in vivo. Espera-se que no futuro sejam utilizadas nanomáquinas ou nanorrobôs para serem introduzidos no corpo humano e reparar danos celulares ou transportar medicamentos.[19].
A utilização de pontos quânticos, nanocristais semicondutores que, a partir do estímulo excitatório, são capazes de emitir luz em diferentes comprimentos de onda, possibilitam o diagnóstico in vitro, por isso são utilizados como marcadores biológicos de atividade celular. Um exemplo disso é seu uso para a detecção precoce da doença de Alzheimer através da detecção de um ligante específico.[21].
Comida
A nanociência é utilizada na indústria agroalimentar e tem algumas funções, incluindo a prevenção da deterioração microbiana de alimentos embalados, o desenvolvimento de materiais de embalagem inovadores, a criação de pesticidas e suplementos alimentares.[22].
Outra das principais aplicações nesta área são os pesticidas onde são utilizadas nanoencapsulações para libertação controlada no ambiente e circulação; Por exemplo, os revestimentos podem permitir que as partículas não adiram às plantas devido à sua afinidade para que não haja acúmulo de substância tóxica e a liberação seja feita lentamente para que não haja problemas de overdose temporária e a contaminação seja minimizada. Não só as culturas podem ser protegidas e as pragas evitadas, como também a produção e a qualidade das culturas podem ser aumentadas, onde fertilizantes na forma de nanoemulsões são utilizados para aumentar a potência dos ingredientes activos ou para reduzir a quantidade de fertilizante que deve ser aplicado.[22].
Sua aplicação em embalagens de alimentos é uma das mais importantes, pois servem como barreiras contra gases ou raios ultravioleta, resistência a altas temperaturas, propriedades antimicrobianas, entre outras aplicações.[22].
Computação e eletrônica
Estas áreas são fundamentais porque permitem descobrir, prever, compreender e confirmar fenómenos e propriedades que a matéria possui à escala nanométrica. Uma grande variedade de propriedades físicas e químicas de nanopartículas e nanoestruturas foram calculadas graças ao desenvolvimento e implementação de métodos de simulação teórica e computacional. Os cálculos usam diferentes metodologias que podem variar desde abordagens atomísticas até descrições da mecânica quântica.[23].
Alguns dos principais avanços neste campo são:
Energia
Na área de energia, o conhecimento da nanociência é aplicado ao aprimoramento ou implementação de materiais nanoestruturados em tecnologias como:[25].
O conhecimento em nanociência também pode ser utilizado na produção de energia renovável, aplicando, por exemplo, revestimentos anti-incrustantes e resistentes à corrosão da água do mar na produção de energia hidráulica, ou na produção de biocombustível com a ajuda de materiais com os quais podem ser obtidos os cristais catalisadores responsáveis pela sua geração.[26].
Nanomateriais
Nanomateriais são materiais com pelo menos uma dimensão em escala nanométrica.[27] Sua estrutura é composta de átomos reorganizados em formatos específicos que lhes conferem características especiais que podem ser usadas conforme sua conveniência; Por exemplo, tem sido possível fabricar materiais de isolamento, ferramentas mecânicas, fósforos, baterias, ímãs de alta potência, motores de veículos, turbinas e implantes, melhoria da resistência dos fundidos, nanosferas para extrair compostos orgânicos da água, pigmentos de tintas, produção de dispositivos eletrônicos em nanoescala.[12].
Os nanomateriais podem ser de diferentes tipos, incluindo nanofibras, nanopartículas, nanofios, nanocristais e nanotubos, onde as suas aplicações são muito extensas graças às suas propriedades ópticas, catalíticas, electrónicas, magnéticas e mecânicas; essas propriedades podem mudar devido à forma e ao tamanho.
Alguns exemplos de nanomateriais são:
Ambiente
Devido ao seu tamanho, os nanomateriais são utilizados para purificar a água ou medir sua qualidade de acordo com as necessidades, por exemplo, nanopartículas de ferro têm sido utilizadas para descontaminar a água do chumbo e do arsênico, pois possuem propriedades abortivas desses elementos. Outro exemplo atual é o Livro Bebível criado pela Dra. Theresa Dankovich, é um livro que contém vinte e cinco páginas que funcionam como filtros de água onde através do uso de nanopartículas de prata e cobre é capaz de eliminar 99,9% da bactéria E. coli na água contaminada.[31].
Os nanomateriais, por outro lado, podem ser prejudiciais devido às suas propriedades, como são extremamente móveis, podem passar facilmente para a corrente sanguínea quando inalados ou ingeridos e, possivelmente, quando aplicados na pele e uma vez dentro do corpo, têm acesso à maioria dos órgãos e tecidos, incluindo o cérebro.
Por exemplo, no caso do carbono 60 (C60), foram feitas simulações em que esse material entra no corpo e os resultados são que ele é capaz de interagir com as células e o DNA, causando sua deformação e impedindo-os de funcionar normalmente. Se o DNA fosse afetado, o dano poderia ser herdado. Da mesma forma, foi relatado que agregados como este são tóxicos para as bactérias, sugerindo um impacto negativo nos ecossistemas.
Além disso, a inalação de poluentes químicos de tamanho nanométrico está associada a ataques de asma, doenças cardíacas, derrames e doenças respiratórias.
Existem instituições encarregadas de regular os produtos nanotecnológicos comercialmente permitidos, como a Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos (EPA) e o NRDC (Conselho de Defesa dos Recursos Naturais).[32].