Avanços Inspirados na Biomimética

O conceito de biomimética, que busca soluções tecnológicas inspiradas em sistemas naturais, tem ganhado espaço nos últimos anos, especialmente em aplicações de robótica e ótica. Ao imitar a estrutura dos olhos compostos dos insetos, que oferecem ampla visão e resposta rápida a estímulos visuais, pesquisadores têm conseguido avanços que prometem revolucionar diversos setores. A utilização de algoritmos de machine learning e deep learning na análise de dados visuais permite o reconhecimento e a classificação de objetos de forma mais eficiente, um passo significativo para o uso em microcirurgias e defesa, por exemplo.

Principais Stakeholders e Parcerias Estratégicas

A pesquisa é uma conquista coletiva, envolvendo não apenas o IIT, mas também parcerias europeias com universidades e centros de pesquisa multidisciplinares. Esta colaboração é vital para alinhar a tecnologia com as necessidades dos segmentos de robótica, medical devices e defesa, explorando assim o potencial deste sistema biônico para transição do laboratório para o mercado. Potenciais usuários incluem desde fabricantes de robôs industriais a empresas de segurança e defesa, passando por startups desenvolvedoras de tecnologias médicas minimamente invasivas.

Tecnologias e Metodologias Pioneiras

O núcleo desse avanço reside em métodos inovadores que combinam materiais optoeletrônicos de última geração e sensores CMOS personalizados. Esses componentes permitem a captura simultânea de múltiplas imagens, que são processadas em tempo real por IA para formar uma imagem composita detalhada. Os testes realizados em ambientes controlados atestam a eficácia da tecnologia, que promete desempenho superior em comparação aos sistemas tradicionais de visão computacional, especialmente em termos de eficiência energética e amplitude de campo de visão.

Desafios e Oportunidades Regulamentares

Embora o potencial seja promissor, a aplicação de novas tecnologias enfrenta desafios regulatórios significativos. Sobretudo em aplicações médicas e de vigilância, a conformidade com normas como ISO 13485 para dispositivos médicos e a legislação europeia de proteção de dados (GDPR) será crucial. A certificação CE necessária para comercialização na Europa adiciona mais uma camada de complexidade no caminho para a implementação prática dessas inovações.

Impactos no Mercado e Desdobramentos Fututos

O impacto esperado desse sistema de visão biônica no mercado de engenharia é vasto, promovendo avanços não só em robótica e automação, mas também em segurança e sustentabilidade. A eficiência energética aprimorada, aliada à miniaturização dos dispositivos, poderá reduzir os custos operacionais em indústrias diversas, enquanto abre novas frentes para o desenvolvimento de produtos inovadores como wearables e ferramentas de realidade aumentada.

Reflexão do Time do Blog da Engenharia

1. A adoção de biomimética com IA pode transformar setores estabelecidos e abrir novos mercados.
2. Regulamentos podem estimular desenvolvimento responsável e focado em ética.
3. Avanços em sensores optoeletrônicos devem continuar a revolucionar a medicina e a automação com soluções cada vez mais integradas.

Via: https://www.dw.com/es/cient%C3%ADficos-dise%C3%B1an-un-sistema-de-visi%C3%B3n-bi%C3%B3nica-con-ia-inspirado-en-insectos/a-72673296

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Entretanto, apesar dos fármacos possuírem funções terapêuticas, estes podem causar reações adversas apresentando efeitos colaterais na pessoa que lhe faz o uso.

Além disso, já ouviram a frase ?

A diferença entre o remédio e o veneno está na dose

A palavra fármaco vem do grego “pharmakon” que significa tanto remédio como veneno.

Então, vamos conhecer a origem de algumas formulações?

A indústria farmacêutica e a origem dos fármacos

A indústria farmacêutica tem como objetivo o desenvolvimento de medicamentos que, como dito anteriormente, tem como princípio ativo os fármacos.

Durante esse desenvolvimento, é sabido o que deseja-se tratar para que possa ter uma base de qual composto químico será necessário, a origem de onde será extraída esses compostos, seus efeitos e, posteriormente, qual será a forma de administração.

Por exemplo, os fármacos podem ter origem animal como o captopril , vegetal como a quercetina, ou artificial quando a molécula é sintetizada em laboratórios como os esteróides anabolizantes.

Ainda, considera-se os efeitos que podem ser causados por esses compostos, por exemplo: terapêuticos, colaterais, tóxico, local, sistêmicos, dentre outros.

Por fim, as formas de administração podem ser orais, intravenosas, intramusculares. Outrossim, podem ser formulados xaropes, cremes, géis, etc.

Apesar de termos fármacos de variadas origens, a forma sintética é a que possui maior relevância na indústria farmacêutica.

Vamos conhecer algumas rotas sintéticas?

Síntese de fármacos

Os fármacos podem ser obtidos em duas escalas.

Primeira, é a escala laboratorial ou de bancada, onde são definidas a rota sintética e estuda-se o perfil farmacológico da droga. Por sua vez, utiliza-se pequenas quantidades de insumo.

Depois disso, temos a escala semi-industrial, que já é uma produção em maior escala. Sendo assim, o material a ser utilizado é maior.

Síntese da aspirina

Com certeza você já ouviu falar, já utilizou ou soube de alguém que faz uso. Esse fármaco também é conhecido como AAS ( Ácido Acetil Salicílico). Um dos medicamentos mais consumidos e comercializados no mundo devido seu poder anti-inflamatório.

Atualmente, esse fármaco é sintetizado a partir da reação catalisada por ácido entre a o ácido salicílico e o anidrido acético.

Como resultado dessa reação, acetilação do Ácido Salicílico, obtemos o AAS.

A querida cloroquina

Muito se ouviu falar da cloroquina no ano de 2020 né? Não gostaria de saber como é obtida? Sua história?

Sobretudo, a cloroquina surgiu durante a segunda grande guerra onde as tropas estavam sofrendo grandes baixas devido à malária. 

Fazendo uma retrospectiva na história, o fármaco conhecido como quinina, um alcalóide quinolínico (metabólito), foi o primeiro a ser empregado contra essa doença e era obtido através de árvores do gênero Cinchona. 

Contudo, diversas plantações na Europa acabaram se tornando campos de batalha. Diante disso, foi estimulado a síntese da quinina.

Posteriormente, tivemos o surgimento da cloroquina através de estudos na época, demonstrando que diversos compostos desta mesma classe tinham efeito terapêutico contra a malária. 

A intenção não é abordar os mecanismos de reação , mas vamos conhecer as etapas.

1. Condensação da anilina com o dietil-2-cetobutirato obtendo a imina;
2. O aquecimento na presença do NaOH  gera um intermediário ácido;
3. Aquecimento na presença de oxicloreto de fósforo promovendo a descarboxilação e conversão do enol;
4. Por fim, uma reação de substituição nucleofílica aromática por uma amina primária.

Voilà ! Temos a cloroquina.

Sildenafil

O sildenafil, mais popularmente conhecido como viagra, possui efeitos terapêuticos no tratamento da disfunção erétil. Seu mecanismo de ação atua diretamente na inibição da enzima PDE5 promovendo um aumento do fluxo sanguíneo nos corpos cavernosos.

A síntese deste medicamento utiliza-se de diversos solventes e passam por diversos intermediários a cada reação. 

Não se assustem! Mas, a título de curiosidade, são 9 etapas reacionais até a obtenção do Viagra.

Conclusão

Como puderam ver, nada como um “pouco” de conhecimento de química orgânica para conhecer um medicamento. 

Ainda, viram que as rotas sintéticas dos fármacos podem ser um tanto extensas e complexas, a depender do fármaco a ser obtido e qual matéria prima a ser utilizada.

Além disso, antes de chegar até o consumo, os medicamentos passam por diversas outras etapas na indústria farmacêutica, por exemplo: controle de qualidade, estudo da meia vida, encapsulamento, dentre outros.

Temos que tomar atenção sobre a automedicação. Quando tiverem curiosidade, pegue algum medicamento que você esteja fazendo uso. 

Deem uma olhada na bula e veja quantos efeitos adversos podem ser gerados quando utiliza-se fármacos inadvertidamente. Alguns chegam a ser assustadores.

Em resumo,

O uso de medicamentos pode trazer riscos. Procure um médico ou um farmacêutico. Leia a bula! Ao persistirem os sintomas o médico deverá ser consultado!

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Contudo, é uma área que ainda carece de estudos o que a torna mais desafiadora.

Quer conhecer mais a fundo essa área da engenharia química? Siga com a leitura!

A escala nano

A nanotecnologia é a ciência que visa a manipulação da matéria em escalas atômicas, com dimensões que variam de 1 a 100 nanômetros. A título de referência, é como se nós pegássemos um átomo de hidrogênio e multiplicamos por 100.

Essa ciência tem atuação desde a medicina até a engenharia de materiais, onde busca-se a construção de materiais de alta complexidade com um menor custo, mais eficiente e com pouca ou nenhuma geração de resíduos.

Já na engenharia química, a nanotecnologia é estudada durante o processo de fabricação, ou seja, a síntese de nanomateriais que serão aplicados desde a etapa reacional até os processos de separação.

E quais materiais e/ou aplicações? Temos, por exemplo, nanocatalisadores, aplicação na produção de cosméticos e medicamentos, aplicações medicinais, dentre outros

Vamos nos aprofundar nessas aplicações?!

A medicina e a nanotecnologia

Conhecemos a aplicação da nanotecnologia na medicina como nanomedicina. Essa ferramenta auxilia nos processos de tratamento do câncer, como também na formulação de vacinas.

Sendo assim, nós temos como missão, sintetizar nanopartículas com características bem específicas. Tais características são, por exemplo: maior tempo de liberação e circulação  dos fármacos no organismo, maior especificidade de células, viabilizar a absorção de fármacos pouco solúveis em água, dentre outros.

A síntese desses componentes seguem duas vias, a saber: bottom-up e top-down.

A mais utilizada é a top-down, cujo processo utiliza altas energias e pressão para redução dos tamanhos e tornando as partículas com tamanhos parecidos. Em contrapartida, as nanopartículas são sintetizadas com o tamanho final já especificado, não necessitando de um tratamento posterior.

Microfluídica

A ciência microfluídica tem por objetivo o manuseio e a manipulação de pequenas quantidades de fluido.

E qual sua importância?

Na área da engenharia química, vemos essa aplicação na produção de nanomateriais como em dispositivos para bioprocessos.

A característica destes processos é que temos a garantia que o processo irá ocorrer sempre em regime laminar.

Como resultado, temos uma maior reprodutibilidade e controle das concentrações do fluido durante todo o processo, redução de resíduos, maior seletividade, sofre menor efeito do transporte de calor e massa e, por fim, menos custo ao se tratar de investimentos.

Em termos de aplicação, podemos citar a avaliação da cinética de reações químicas em tempo real.

Polímeros

A indústria de polímeros é vasta e pode agregar o uso da nanotecnologia em diversas partes do processo, por isso, vamos despender esforços em conhecer a nanocelulose.

Primeiramente, temos que definir o que é a celulose.

Este biopolímero é obtido através de processos químicos no qual temos como matéria prima a madeira.

Industrialmente, são realizados tratamentos químicos, através da hidrólise ácida, e mecânicos, tais como fluidização e disco de refino, para a produção de nanocelulose.

Sendo assim, a partir das fibras da celulose, podemos obter três tipos de nanocelulose, quer dizer, podemos classificá-las em três tipos: nanofibrilada, microfibrilada e nanocristalina.

A nanocelulose pode ser empregada na fabricação de aviões, borrachas para indústria automobilística, melhorando a composição de outros materiais, lhe conferindo uma maior resistência, maior alongamento, melhoria na tensão de ruptura e menor peso. Características importantes nesta área!

Similarmente, a nanocelulose modifica composições de base aquosa, o que é muito desejado pela indústria de cosméticos. Essa característica, tixotrópica, garante uma melhor espalhabilidade de cremes e, ainda, é de baixa toxidade e é biodegradável.

Por último, serve como barreira contra umidade e gordura. Logo, podemos citar a fabricação de plásticos e filmes ao se tratar da produção de embalagens de alimentos e fármacos.

Grafenos

Esse nanomaterial é oriundo do carbono, assim como outras estruturas cristalinas, tais como grafite, diamante, fulereno e nanotubos de carbono.

Contudo, esse material é formado por apenas átomos de carbono que possuem configuração sp2 e possuem uma constituição em camadas bidimensionais.

Essa configuração faz com que o grafeno seja um bom condutor eletrônico, leve, rígido e impermeável e, por fim, possui aplicabilidade em sistemas ópticos, térmicos e catalíticos.

Essa aplicação da nanotecnologia é obtida através do tratamento químico e térmico. Um dos métodos é o método de Hummers que se baseia na oxidação do grafite. Uma outra forma de obtenção é através da redução.

A nanotecnologia no futuro

O estudo e aplicação da nanotecnologia no Brasil ainda é bem precário. As empresas, por sua vez, possuem certa insegurança na implementação dessa tecnologia, ainda mais pelo extenso processo burocrático de regularização no nosso país.

Outro fator que contribui, negativamente, é a redução dos investimentos em pesquisa e desenvolvimento. O resultado disso, é a transferência de profissionais para outros países para desenvolvimento dessa nova tecnologia.

Contudo, estamos tendo avanço em várias áreas de aplicação como pode ser visto nos exemplos acima. 

Porém, não para por aí, temos aplicações em tintas e revestimentos, catalisadores, processamento de petróleo e gás, insumos para outros materiais nanotecnológicos.

Ainda, temos as áreas de nanotoxicologia e nanosegurança.

Em resumo…

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