A modificação do dióxido de titânio (TiO2) com carbono e, em especial, com grafeno tem emergido como uma estratégia promissora para ampliar sua atividade fotocatalítica na região da luz visível, superando a limitação tradicional do TiO2, que atua predominantemente sob radiação ultravioleta. Estudos detalhados mostram que a incorporação de diferentes espécies carbonáceas no TiO2 pode alterar significativamente as propriedades eletrônicas e estruturais do material, promovendo a absorção de fótons com menor energia e facilitando a separação eficiente dos pares elétron-buraco gerados pela excitação fotônica.

O grafeno, como material bidimensional com alta condutividade elétrica e área superficial excepcional, tem se mostrado um componente crucial para a construção de nanocompósitos TiO2/grafeno. A interação química e física entre o TiO2 e o grafeno, frequentemente mediada por ligações C–Ti, promove uma transferência eficaz de carga na interface, inibindo a recombinação dos portadores de carga e aumentando a eficiência fotocatalítica. Essa sinergia é particularmente evidente em sistemas onde o grafeno é funcionalizado ou combinado com metais como prata (Ag) e elementos de terras raras (ex.: lantânio), que ampliam ainda mais o espectro de resposta à luz visível e a capacidade de degradação de poluentes.

O método de síntese desempenha papel fundamental na performance final desses nanocompósitos. Técnicas como crescimento hidrotermal in situ, síntese assistida por micro-ondas, e processos de auto-montagem permitem controlar a dispersão do TiO2 sobre as folhas de grafeno, a morfologia das nanopartículas e a formação de heterojunções p/n, que são determinantes para a eficiência fotocatalítica. A ordem de preparo dos componentes, a dopagem com elementos como boro, e a combinação com outros nanomateriais também são variáveis que afetam diretamente a atividade sob luz visível, incluindo a produção de hidrogênio via fotocatálise e a redução fotocatalítica de compostos tóxicos como o Cr(VI).

Além da potencialidade no tratamento ambiental pela degradação de compostos orgânicos voláteis e aromáticos, esses sistemas híbridos oferecem avanços importantes em aplicações energéticas, como baterias de íon-lítio, devido à melhoria no transporte eletrônico e à estabilidade estrutural conferida pelo grafeno. A complexidade do sistema exige um entendimento detalhado das interações interfaciais, que são a chave para maximizar o aproveitamento da luz solar e a eficiência do processo fotocatalítico.

É imprescindível compreender que a modificação do TiO2 com grafeno não se resume à mera mistura dos materiais, mas envolve a engenharia precisa da interface para que as propriedades eletrônicas sejam otimizadas. A estabilidade dos nanocompósitos sob condições reais de uso, bem como os possíveis efeitos tóxicos e ambientais associados à liberação de nanopartículas, são aspectos que merecem atenção cuidadosa. Dessa forma, o avanço tecnológico deve caminhar lado a lado com avaliações de segurança e sustentabilidade.

A importância desse campo reside na possibilidade de integrar os avanços em nanociência para resolver desafios globais relacionados à energia limpa e à descontaminação ambiental. A capacidade de ampliar a absorção para a luz visível e aumentar a vida útil dos portadores de carga são diferenciais que posicionam os nanocompósitos TiO2/grafeno como protagonistas na próxima geração de fotocatalisadores eficientes e versáteis.

Tratamento da Peri-implantite: Intervenções Eficazes e Novos Conceitos

A peri-implantite é uma condição inflamatória que afeta os tecidos ao redor de implantes dentários, levando a destruição óssea e, se não tratada adequadamente, à perda do implante. Sua identificação precoce e a aplicação de tratamentos eficazes são essenciais para prevenir complicações a longo prazo. Diversos estudos têm explorado as intervenções para o manejo da peri-implantite, considerando desde abordagens convencionais até estratégias inovadoras que visam a regeneração óssea e a manutenção da saúde do implante.

Um dos aspectos mais discutidos em relação ao tratamento da peri-implantite é a efetividade de intervenções como a descontaminação da superfície do implante, o uso de antibióticos locais, a realização de enxertos ósseos e a aplicação de terapias a laser. A escolha do tratamento depende do estágio da doença, da gravidade da perda óssea e das características individuais do paciente. Em alguns casos, a remoção do implante pode ser necessária, caso o quadro infeccioso seja irreversível.

Pesquisas sugerem que, para casos iniciais de peri-implantite, a descontaminação mecânica e/ou química das superfícies do implante pode ser suficiente para controlar a infecção e promover a cicatrização. A utilização de antibióticos locais tem mostrado resultados promissores, especialmente quando combinada com terapias regenerativas, como o uso de fatores de crescimento e biomateriais. Entretanto, essas abordagens devem ser adaptadas às necessidades específicas de cada paciente, levando em consideração fatores como a resposta imunológica e o histórico de doenças periodontais.

Estudos mais recentes indicam que o desgaste e a corrosão dos materiais dos implantes, como o titânio e suas ligas, podem contribuir para o desenvolvimento de peri-implantite. A liberação de partículas metálicas para os tecidos ao redor do implante pode desencadear uma reação inflamatória, que acelera a perda óssea e compromete a osseointegração do implante. Este conceito de liberação de partículas metálicas tem gerado discussões sobre o impacto dos materiais usados em implantes dentários, levando à busca por alternativas mais biocompatíveis, como as ligas de zircônia.

Outro ponto importante a ser considerado é a resposta inflamatória do organismo aos biomateriais, que pode ser exacerbada pela presença de partículas metálicas ou pela própria interação dos materiais com os tecidos moles. Estudos mostram que a inflamação crônica pode ser uma das principais causas da falha do implante, sendo um fator de risco significativo para a progressão da peri-implantite.

Além disso, a resposta do sistema imunológico a esses materiais é fundamental para entender a mecânica por trás da instalação de implantes. O processo de osseointegração, que é a fusão entre osso e implante, pode ser comprometido por uma reação inflamatória exacerbada. A inflamação induzida por biomateriais, como as partículas de titânio, pode gerar uma resposta do tipo "estrangeiro" nos tecidos ao redor do implante, dificultando a cicatrização e a estabilidade do implante a longo prazo.

Por fim, a evolução das terapias para o tratamento da peri-implantite também passa pela inovação de novos biomateriais e tecnologias. O desenvolvimento de superfícies de implantes que favoreçam a adesão celular e inibam a colonização bacteriana é um campo em constante avanço. O uso de zircônia, por exemplo, tem atraído a atenção devido à sua maior resistência à corrosão e menor liberação de partículas metálicas. O futuro da implantologia dentária parece se encaminhar para soluções mais personalizadas, levando em conta não apenas a qualidade do material, mas também a biocompatibilidade e a capacidade de estimular uma resposta celular favorável.

A chave para um tratamento eficaz da peri-implantite não está apenas na escolha da intervenção mais apropriada, mas também na compreensão das complexas interações entre o material do implante, os tecidos ao redor e o sistema imunológico do paciente. É essencial que os profissionais de odontologia se mantenham atualizados sobre as últimas pesquisas e inovações, a fim de oferecer as melhores soluções terapêuticas para cada caso específico. O controle adequado da infecção e a promoção de uma cicatrização saudável são fundamentais para garantir a longevidade e o sucesso dos implantes dentários.

Como funcionam os atuadores eletrostáticos, térmicos e magnéticos em sistemas microeletromecânicos (MEMS)?

A força eletrostática que atrai duas placas pode ser controlada por meio da tensão aplicada, possibilitando o ajuste da força para mover eletrodos até a posição desejada. Esse princípio simples, aliado a estruturas de design inteligentes, permite criar atuadores eletrostáticos complexos com múltiplos graus de liberdade (DOF). Por exemplo, em um sistema micro de transporte construído sobre uma plataforma SOI, um atuador de engrenagens eletrostáticas movimenta ratchets que, por sua vez, deslocam um contêiner em direção ao alvo. A operação ocorre ciclicamente: ao ativar a força, as engrenagens avançam o contêiner, e ao desativá-la, mecanismos anti-reversão mantêm o contêiner fixo na posição. Esse mecanismo demonstra como o controle da força eletrostática pode ser usado para movimentos precisos e repetitivos em microescala.

Os atuadores térmicos apresentam outra técnica eficaz, sendo reconhecidos por sua compactação, estabilidade e capacidade de gerar forças elevadas, frequentemente superiores às dos atuadores eletrostáticos. Baseiam-se no fenômeno da dilatação térmica e na transferência de calor em materiais submetidos a altas temperaturas. Um exemplo clássico é a estrutura braço quente e braço frio, onde um braço estreito (quente) e um braço mais largo (frio) são conectados a dois eletrodos. Devido à resistência elétrica maior concentrada no braço estreito, a passagem de uma corrente suficiente aquece este braço, enquanto o braço largo permanece relativamente frio. A diferença de temperatura resulta em expansões desiguais que causam a flexão lateral da estrutura. Este princípio possibilita uma conversão eficiente de energia elétrica em movimento mecânico controlado em microescala, útil para diversas aplicações, desde nano-posicionadores até instrumentação para caracterização de propriedades materiais.

Já os atuadores magnéticos baseiam-se frequentemente na força de Lorentz, que atua perpendicularmente à direção da corrente elétrica e ao campo magnético aplicado. A direção do campo magnético permite ajustar os modos de vibração, sejam eles no plano ou fora dele. Essa independência da força em relação à área superficial torna os atuadores magnéticos altamente escaláveis, alcançando dimensões na ordem dos nanômetros. Um exemplo relevante é o ressonador magnético de nanofios de silício. Quando uma corrente alternada passa pelo nanofio em um campo magnético, a força de Lorentz induz vibrações, que atingem amplitude máxima quando a frequência do sinal corresponde à frequência natural do nanofio. A frequência de ressonância pode atingir valores muito altos, na faixa dos gigahertz, graças às propriedades mecânicas e dimensões selecionadas do nanofio. Esses ressonadores são promissores para aplicações avançadas como detecção de massas ultrarresolutas, mecânica quântica eletromecânica, geração e processamento de sinais eletromecânicos e até para lógica e computação em alta velocidade.

Além da compreensão básica do funcionamento desses atuadores, é importante reconhecer as vantagens e limitações intrínsecas a cada tipo. Atuadores eletrostáticos oferecem alta velocidade e baixa potência, mas a força gerada pode ser limitada e sensível a variações ambientais. Atuadores térmicos entregam forças maiores e são estáveis, porém podem apresentar tempos de resposta mais lentos devido à necessidade de aquecimento e resfriamento. Atuadores magnéticos, embora eficazes e escaláveis, demandam a presença de campos magnéticos externos e a integração de materiais específicos, o que pode complicar a miniaturização e o consumo energético.

Para o leitor, compreender essas nuances é fundamental para a escolha adequada do tipo de atuador em projetos de MEMS, onde o equilíbrio entre força, velocidade, consumo de energia e complexidade de fabricação define o sucesso da aplicação. Ademais, o domínio dos fenômenos físicos subjacentes — desde o controle preciso da tensão até a dinâmica térmica e a interação eletromagnética — habilita a inovação em sistemas micro e nanoeletromecânicos que moldarão tecnologias futuras.

Como a Nanotecnologia Pode Revolucionar o Diagnóstico e o Tratamento de Doenças Cardíacas

O diagnóstico da Síndrome Coronariana Aguda (SCA) envolve a detecção de lesões no miocárdio por meio de testes sensíveis de troponina sérica [42, 43]. O tratamento precoce, logo após o diagnóstico, está associado a um prognóstico mais favorável [3, 41, 46]. Em casos suspeitos de Infarto Agudo do Miocárdio (IAM), o exame de troponina pode excluir o diagnóstico em até 60% dos casos, quando os níveis de troponina permanecem baixos tanto na apresentação inicial quanto após 1 hora de teste. Em contrapartida, níveis elevados de troponina no início e um aumento significativo após 1 hora indicam fortemente um IAM, confirmando o diagnóstico [47]. A espectrometria de massa é a abordagem mais comum para medir os níveis de troponina, embora apresente limitações de sensibilidade devido aos baixos níveis plasmáticos dessa proteína [48]. A metodologia de detecção de biomarcadores cardíacos por espectrometria de massa é ilustrada na Figura 9.2.

Uma das limitações da troponina sérica é sua especificidade, pois os níveis elevados podem ser encontrados em outras condições que causam lesões nas células do miocárdio, como arritmias cardíacas. Além disso, condições sistêmicas, como sepse e insuficiência renal crônica, também podem elevar os níveis de troponina sem que haja um evento isquêmico no miocárdio [3]. Recentemente, a sensibilidade desses biossensores foi aprimorada com o uso de nanopartículas, que possuem propriedades optoeletrônicas superiores, permitindo detectar doenças arteriais coronárias (DAC) em estágios iniciais [41, 49]. O mecanismo desses biossensores envolve a detecção de polímeros proteicos que agem como alvos, reconhecidos quantitativamente por anticorpos e aptâmeros, utilizando métodos como eletroquimioluminescência (ECL), colorimetria, espalhamento Raman de superfície amplificado (SERS) e eletroquímica (EC) [50]. Nanopartículas como o material nanoperovskita ZnSnO3 decorado com eletrodos de carbono vítreo [51], biossensores baseados em nanoprismas triangulares de ouro para ressonância de plasmones de superfície localizados [52] e nanodiamantes híbridos de grafdíneo substituídos por hidrogênio [53] têm mostrado maior sensibilidade na detecção de troponinas cardíacas (C, I e T) e mioglobina. Além disso, a modificação de nanomateriais para incluir mais elementos de transdução de sinal e a otimização da forma das nanopartículas também contribuem para aumentar a sensibilidade na detecção de biomarcadores cardíacos [54, 55]. O sensor SERS superior projetado por El-Said et al. superou todos os outros sensores SERS, consistindo de uma matriz nano-Pinetree anisotrópica de prata modificada em um substrato de óxido de índio e estanho para a detecção de mioglobina e creatina quinase-MB [55]. O aumento da sensibilidade de detecção de biomarcadores cardíacos com esses biossensores oferece benefícios potenciais no diagnóstico e no tratamento de SCA [49].

No tratamento das doenças coronárias, as abordagens atuais incluem medicamentos, como agentes antianginosos, terapias antiplaquetárias e estatinas, além de técnicas de revascularização, como a intervenção coronária percutânea (ICP) ou as pontes de safena coronária (CABGs). No entanto, os medicamentos de longo prazo podem causar efeitos colaterais (como a rabdomiólise e danos no fígado devido às estatinas), dificuldades com a adesão ao tratamento e não curam a doença [56–58]. Além disso, as estratégias de revascularização podem resultar em lesão por reperfusão, prejudicando ainda mais a função cardíaca [59]. A formação e a progressão das placas arteriais começam com a ativação das células endoteliais, que atraem monócitos para as paredes arteriais. Esses monócitos se transformam em células espumosas ao acumular depósitos de colesterol. À medida que a placa evolui, fibras musculares lisas migram para o local, formando uma matriz extracelular e a placa desenvolve um núcleo necrótico central e uma capa fibrosa. Com o tempo, a placa se torna instável, caracterizada por uma capa delgada e um núcleo necrótico crescente, o que aumenta o risco de ruptura e IAM [60]. As nanopartículas mostraram grande potencial no tratamento de placas ateroscleróticas, aumentando a espessura da capa fibrosa e reduzindo a área necrótica central [61, 62]. Estudos in vivo demonstraram aumento da espessura da capa fibrosa e diminuição do núcleo necrótico em modelos de aterosclerose [63]. Além disso, as nanopartículas podem entregar biomoléculas terapêuticas aos locais de aterosclerose coronária, reduzindo a inflamação e removendo cristais de colesterol e lipídios [64]. Sistemas biodegradáveis de liberação, como HDL sintético, polietileno glicol e ácido poli(lático-co-glicólico), controlam a liberação de medicamentos, incluindo terapia com estatinas [65, 66]. A nanotecnologia também beneficia a ICP no tratamento da DAC. A incidência de restnose trombótica em stents após a ICP é de 0,5–2% nos pacientes [67]. A trombose de stent é tipicamente multifatorial, com fatores como a falta de adesão a medicamentos, má colocação do stent, resistência aos agentes antiplaquetários, o uso de múltiplos stents e função ventricular esquerda reduzida [68, 69]. A tecnologia de stents com liberação medicamentosa inclui stents bioengenheirados incorporando tecnologia de captura celular por nanopartículas [70–72] e andaimes vasculares bioabsorvíveis que reduzem o risco de trombose. Revestimentos nos stents aumentam a concentração de medicamentos no local alvo, mas também levantam preocupações com a segurança [49, 73]. Balões porosos ou microporosos têm sido usados para liberação local de medicamentos com algum sucesso, mas podem levar ao espessamento íntimo. Balões revestidos com medicamentos causam menos trauma e oferecem uma liberação homogênea, mas podem não superar os stents tradicionais [74–76].

A nanotecnologia também oferece uma abordagem multifacetada para o tratamento de falência cardíaca (FC) e infarto do miocárdio (IM). Lipossomos, equipados com ligantes direcionados ao receptor tipo 1 da angiotensina II (AT1), se ligam eficientemente às células em áreas infartadas, sugerindo uma potencial terapia para FC [78, 79]. Nanopartículas responsivas a MMP (metaloproteinases de matriz), projetadas para reagir às enzimas MMP2 e MMP9, exibem retenção direcionada no tecido infartado, permitindo a detecção da lesão muscular [80]. Além disso, nanopartículas funcionalizadas com N-acetilglucosamina (GlcNAc) e nanopartículas de poliquetales carregadas com SB239063 demonstraram aumento na captação por cardiomiócitos, levando a uma regeneração cardíaca e função aprimoradas [81]. As nanopartículas que carregam proteínas S100A1 e GlcNAc modulam as vias de sinalização do cálcio, mostrando potencial terapêutico ao modificar proteínas envolvidas nessas vias de sinalização [82]. Nanopartículas carregadas com IGF-1 melhoram significativamente os parâmetros cardíacos em modelos de infarto em camundongos, indicando potencial para regeneração cardíaca aprimorada [83]. Além disso, lipossomos carregados com CoQ10 prolongam a entrega intracelular, reduzindo a porção do miocárdio permanentemente danificada em modelos experimentais de infarto em coelhos [84]. Essas nanopartículas também servem como transportadores alternativos para a entrega segura e eficiente de genes e RNAs, superando as limitações associadas aos vetores virais na terapia gênica para doenças cardiovasculares, incluindo a FC [85].

Como a caracterização de grãos abrasivos pode influenciar a eficiência dos processos de usinagem e suas variáveis

Durante o processo de fabricação de grãos abrasivos fundidos, a análise das propriedades dos materiais utilizados, como a pirita e o sulfeto ferroso, pode oferecer informações cruciais sobre o comportamento dos grãos em condições de corte. A pirita (FeS2), ao ser aquecida a 1200°C, converte-se em sulfeto ferroso (FeS), que, por sua vez, aparece em materiais abrasivos como uma formação vítrea escura com baixo brilho e alto relevo, com microdureza variando entre 1500-1600 kg/mm². Esses compostos não são comuns em grãos abrasivos industriais de alta qualidade, mas sua presença nas bordas de blocos pode indicar uma característica particular de certos materiais de corte. A escolha desses grãos no processo de usinagem pode afetar diretamente o desempenho do abrasivo, especialmente em ligas difíceis de moer, como as utilizadas na indústria aeroespacial.

A fabricação de alumina fundida, que se dá por fusão de bauxita, é um exemplo do uso de tecnologias modernas, onde a mistura mecânica das massas fundidas visa reduzir custos e melhorar a eficiência. Nesse contexto, o desenvolvimento de novos abrasivos, como a alumina fundida mecanicamente agitada (WFA), se mostra vantajoso ao comparar-se com grãos superabrasivos, especialmente quando se trata de processar ligas complexas. Para validar a performance dos grãos abrasivos, são realizados experimentos de corte simples (single-grit), que simulam o comportamento real de usinagem com diferentes profundidades de corte e velocidade de rotação. Os resultados dessas experiências podem fornecer dados valiosos para otimizar processos e aprimorar a qualidade do produto final.

Nos experimentos de single-grit, um único grão abrasivo é montado em um suporte e girado a uma velocidade específica, sendo testado contra o material de trabalho. Essa configuração, frequentemente representada por um disco de corte, simula de maneira mais realista o processo de desgaste do grão, ao contrário dos experimentos de atrito contínuo, que se baseiam em reações químicas e mecânicas concentradas. A medição da energia de corte específica também é feita durante esses experimentos, com base na desaceleração do disco após ser desconectado da fonte de energia. Com isso, é possível determinar o valor da energia consumida em cada ciclo de corte, comparando-se os valores obtidos com os tradicionais de usinagem de metais, como o aço, e avaliando a eficiência relativa dos grãos abrasivos.

A análise de desgaste dos grãos é uma parte fundamental para entender sua longevidade e eficiência. Após a execução de cortes múltiplos, a geometria dos grãos é observada e medidas como a área de desgaste e a profundidade dos sulcos produzidos são registradas. A profundidade e o comprimento dos sulcos cortados são essenciais para avaliar a qualidade do grão abrasivo e a eficiência do processo de usinagem. Os sulcos, uma vez formados, são analisados com microscópios e projetores ópticos para garantir que a performance do grão corresponde às expectativas, considerando as variáveis do processo, como a rotação e a taxa de avanço.

Além disso, a rigidez do eixo de corte também é um fator que afeta a precisão do corte. Devido à flexibilidade do sistema de fixação, a profundidade do corte obtida pode não ser a mesma do valor preestabelecido, o que requer correções durante a medição. Para quantificar essas diferenças, utiliza-se um perfilômetro de superfície para medir a profundidade máxima dos sulcos, o que assegura a precisão das operações e permite ajustes finos no processo. Esses dados, quando combinados com medições de desgaste radial e comparação com padrões pré-estabelecidos, fornecem uma visão abrangente do comportamento do grão abrasivo durante a usinagem.

Porém, é importante não apenas compreender os resultados dos experimentos, mas também reconhecer os fatores que podem influenciar a eficiência do grão abrasivo ao longo do tempo. A análise contínua do desgaste dos grãos e a manutenção das condições ideais de operação, como a velocidade de rotação, a profundidade do corte e a temperatura, são aspectos essenciais para otimizar os resultados do processo. Além disso, a escolha de materiais de trabalho e suas propriedades, como dureza e resistência ao desgaste, são determinantes para o sucesso do processo de usinagem e para a maximização da vida útil dos grãos abrasivos.

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