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COMUNICAÇÃO TÉCNICA ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Nº 172233 IPT e suas ações direcionadas a nanotecnologia Slides da apresentação no Workshop em Nanotecnologia, Polímeros Avançados, Sistemas de Liberação, Curativos e Engenharia de Tecidos, 2013, São Paulo. Slides da apresentação A série “Comunicação Técnica” compreende trabalhos elaborados por técnicos do IPT, apresentados em eventos, publicados em revistas especializadas ou quando seu conteúdo apresentar relevância pública. ___________________________________________________________________________________________________ Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo S/A - IPT Av. Prof. Almeida Prado, 532 | Cidade Universitária ou Caixa Postal 0141 | CEP 01064-970 São Paulo | SP | Brasil | CEP 05508-901 Tel 11 3767 4374/4000 | Fax 11 3767-4099 www.ipt.br

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COMUNICAO TCNICA ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

N 172233

IPT e suas aes direcionadas a nanotecnologia

Slides da apresentao no Workshop em Nanotecnologia, Polmeros Avanados, Sistemas de Liberao, Curativos e Engenharia de Tecidos, 2013, So Paulo. Slides da apresentao

A srie Comunicao Tcnica compreende trabalhos elaborados por tcnicos do IPT, apresentados em eventos, publicados em revistas especializadas ou quando seu contedo apresentar relevncia pblica. ___________________________________________________________________________________________________

Instituto de Pesquisas Tecnolgicas do Estado de So Paulo

S/A - IPT Av. Prof. Almeida Prado, 532 | Cidade Universitria ou

Caixa Postal 0141 | CEP 01064-970 So Paulo | SP | Brasil | CEP 05508-901

Tel 11 3767 4374/4000 | Fax 11 3767-4099

www.ipt.br

IPT e suas aes direcionadas a nanotecnologia

Dra. Maria Helena Ambrosio Zanin

[email protected]

Workshop em Nanobiotecnologia

04.09.2013

mailto:[email protected]

Uma das primeiras instituies de P&D&I aplicados no Brasil

Sociedade Annima, cujo scio controlador o Governo do Estado de So Paulo, por meio da Secretaria da Fazenda

O que

O que

Criar e aplicar solues tecnolgicas para aumentar a competitividade das empresas e promover a qualidade de vida.

Ser instituio lder nacional e atuar internacionalmente no desenvolvimento de tecnologias avanadas.

Integridade tica, probidade, iseno, competncia tcnica e qualidade em procedimentos de busca contnua de melhorias.

Misso

Viso

Valores

{

{

{

Histrico

1899 - Fundao Criao do Gabinete de Resistncia de Materiais (GRM) na Escola Politcnica

Histrico

1934 Decreto 6375 transforma o Gabinete de Resistncia de Materiais em Instituto de Pesquisas Tecnolgicas - IPT

1960 Reestruturao das reas tcnicas Divises tcnicas, focadas em reas da engenharia

1972 IPT melhora a sua relao com as indstrias: contratos de P&D&I com empresas privadas se tornam mais freqentes

1976 IPT transformado numa S/A de capital misto e passa a ter metas anuais de faturamento.

2008-2012 GESP investe R$150 milhes em programa de modernizao laboratorial

Modernizao

2008 2012 Investimentos de R$186 milhes

Novos focos: Estruturas Leves

Bionanotecnologia

Formao de pesquisadores no exterior: 36 at 2012

Concurso pblico: 66 funcionrios contratados em 2012

Estrutura Fsica

Unidades em

So Paulo

Franca (EPIs, couros e calados)

So Jos dos Campos* (materiais compsitos)

14 unidades tecnolgicas

40 laboratrios e sees

92.030 m2 de rea construda

* Em implantao

Centros tcnicos

CT-Obras Tecnologia de Obras de Infra-estrutura

CTMM Centro de Tecnologia em Metalurgia e Materiais

CETAE Tecnologias Ambientais e Energticas

CT-Floresta Tecnologia de Recursos Florestais

CNaval Engenharia Naval e Ocenica

CMF Metrologia de Fluidos

CETIM Txteis Tcnicos e Manufaturados

CIAM Tecnologia da Informao, Automao e Mobilidade

CINTEQ Integridade de Estruturas e Equipamentos

CETAC Tecnologia do Ambiente Construdo

CMQ Metrologia em Qumica

CME Metrologia Mecnica e Eltrica

NT MPE Suporte s PMEs

NT- Bionanomanufatura

Ncleo de BioNanoManufatura

Terminologia

Bio Nano Manufatura

MicroManufatura e

Metrologia de trs dimenses de alta performance

NanoPartculas produzidas por processos

qumicos

Biotecnologia Industrial

Background

Previous experience: Biotechnological &

chemical processes, including microfluidic applications & macro-measurements

Modernizao da capacitao original:

Nanoescala em qumica e materiais Nova infra estrutura laboratorial e ambiente Melhoria da tecnologia para caracterizao Micro-fabricao & avaliao alm dos dispositivos microfludicos

Instalaes e infraestrutura

Instalao Aprox. 8000 m2 em 3 pavimentos

Salas limpas (classe100 e1000) e

labs com ambientes protegidos

para trabalhos com clulas

animais e vegetais

Acomodaes para 65

pesquisadores permanentes e

visitantes

Espao para eventos com at 125

pessoas

Espao de 1000 m2 para

ampliao e plantas piloto

Pessoal permanente 4 Administrativos e gesto

26 pesquisadores

14 tcnicos

Investimento

R$ 26 milhes instalao

R$ 26 milhes em novas

tecnologias & processos

Plataformas Tecnolgicas Integradas

Nanotecnologia: novas possibilidades de intensificao de processos (fsicos, qumicos e biolgicos) atravs da reduo de escala e com ganhos na qualidade dos produtos

Biotecnologia: processos menos nocivos ao meio ambiente com menor consumo de energia e uso de matrias primas renovveis

Microtecnologia: capacidade de produzir micro e nano dispositivos para biosensores, microreatores, MEMS( e NEMS

Metrologia dimensional avanada: capacidade de medio em 3D permitindo diagnstico e desenvolvimento de micro e nano dispositivos

Microtecnologia e Metrologia dimensional avanada

Foco principal

Projeto, fabricao e caracterizao de microssistemas, como MEMS e biossensores. Foco no desenvolvimento de processos de micromanufatura em sala limpa

Solues tecnolgicas

Microssistemas cermicos LTCC- Low Temperature Co-fired Ceramic

Microdispositivos em silcio, vidro, materiais polimricos e substratos metlicos

Ativao de superfcies

Infraestrutura

Prototipagem experimental em LTCC (usinagem, serigrafia, laminao, sinterizao e montagem)

Deposio de filmes finos e espessos de diversos materiais, incluindo polmeros

Corroso mida e por plasma

Fotolitografia

Microusinagem e microperfurao com laser

Microfresamento com ferramentas de corte

Medio dimensional e geomtrica de micropeas e microcomponentes

Microtecnologia

Foco principal

Avaliao dimensional e geomtrica de microdispositivos aplicados a BioNanoTecnologia. Entrega de informao qualificada para realimentao de projeto e melhoria da qualidade

Solues tecnolgicas

Metrologia dimensional e geomtrica de peas com superfcies regulares ou superfcies livres

Medio no destrutiva de detalhes internos de componentes e peas em materiais diversos (aos, alumnio, magnsio, titnio, cermica e plstico)

Digitalizao por completo de peas e mecanismos complexos

Deteco e anlise de defeitos em materiais

Calibrao de padres de comprimentos

Infraestrutura

Sistema de metrotomografia 3D de raios X com mltiplos sensores

Mquinas multi-sensor de medio por coordenadas

Estao de trabalho com alta capacidade de processamento com aplicativos (VG-StudioMax, SmartFit, SmartProfile e Geomatic)

Metrologia dimensional avanada

Active Pharmaceutical Ingredient (API)

Solubilizao Formao

Nanopartcula

Aumento da bio-disponibilidade

Microfluidica aplicada na produo de nanopartculas

Cristais

Dispositivo Microfluidico

Caracterizao

Nanopartcula Amorfa

200 nm

Competncia IPT: Fabricao de dispositivos microfludicos para gerao de nanopartculas por nanoprecipitao em modo contnuo. Aplicao: Indstrias farmacutica,

qumica, sade e de alimentos.

Nanotecnologia

Foco principal

Desenvolvimento de sistemas nanoestruturados por diferentes rotas, utilizando polimerao, emulsificao, evaporao de solvente, spray-dryer e processos microfluidicos

Solues tecnolgicas

Sntese de nanopartculas

Produo de nanofibras polimricas por eletrofiao

Funcionalizao de nanomateriais

Desenvolvimento de fluidos complexos

Sistemas de liberao controlada

Modificao e funcionalizao de superfcies

Tcnicas avanadas de caracterizao de nanomateriais e fluidos

Infraestrutura

Reatores automatizados

Homogeinizadores de alta presso

Nano spray-dryer

Microscpios de alta preciso

Analisadores de tamanho de partculas de alta preciso

Nanotecnologia

Exemplos de aplicaes em Nanotecnologia

Ilustrao de um sistema monoaxial de electrospinning

Produo de nanofibras polimricas por eletrofiao

Syringe pump Collector

High Voltage

Supply

Nanofibras

Patches

Administrao

tpica

Dfiber Area

Volume

Aplicao de campo eltrico

Aplicaes:

Filtrao seletiva

Superficies funcionalizadas

Autores: Dra. Maria Helena A. Zanin, r. Adriano M. Oliveira, Dra. Natlia N.P.Cerize

H2O + Tensoativo (85 5C)

Agitao

Sol. tampo 7,4 (5% tween 80)

Nanoencapsulao de ativos cosmticos

NANOENCAPSULAO DE FILTRO SOLAR POR NANOLIPDICAS

Ativo+Lipdio Fundido (85 5C)

Homo. Alta Presso (600bar)

Cel de Difuso de Franz HPLC

Alguns destaques...

http://images.google.com.br/imgres?imgurl=http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/7e/HPLC.gif&imgrefurl=http://commons.wikimedia.org/wiki/File:HPLC.gif&usg=__VyZDpGRq2b7hAWEbbuBMGNx3HVY=&h=637&w=928&sz=70&hl=pt-BR&start=5&um=1&tbnid=KaNeUrQrdqa0fM:&tbnh=101&tbnw=147&prev=/images%3Fq%3Dhplc%26hl%3Dpt-BR%26rlz%3D1T4SKPB_pt-BRBR290BR290%26um%3D1

NANOPARTCULAS TERMOSENSVEIS

Nanoparticulas termossensveis para veiculao de ativos.

Tese de Doutoramento: Adriano Marim Patente n. PI 0902050-0

Propriedades de slidos cristalinos

Capacitao IPT: Modificao morfolgica (hbito cristalino) para melhoria das propriedades de transporte, processamento, dissoluo e biodisponibilidade de materiais slidos cristalinos.

Cristalizao

Precipitao

Mudana de solvente

Aditivos

Polimorfismo

Cristalizao Esfrica

cido Adpico

Sulfato de Cobre

Carbonato de Clcio

(vaterita + calcita)

Agente Ativo Farmacutico Efeito de agentes externos

(ex. campo magntico)

Sistemas de liberao controlada

Capacitao IPT: Domnio de diferentes tcnicas de micro(nano)encapsulao dedicadas gerao de sistemas de liberao controlada (encapsulao de agentes ativos hidroflicos e hidrofbicos).

Tecnologias de Encapsulao

Fibras de tecido impregnadas com

cpsulas contendo material encapsulado

Mecanismos de liberao controlada

Nanocarreadores Coloidais

Capacitao IPT: Desenvolvimento de processos (rotas) para encapsulao de agentes ativos.

Princpio Ativo Princpio Ativo

Nanoencapsulado

Terapia Fotodinmica

(tratamento de cncer)

Absorvedores de radiao UVA e UVB

Capacitao IPT: Emprego da tcnica de polimerizao em emulso auxiliada por mecanismo de Pickering para produo de sistemas hbridos orgnico-inorgnico nanoestruturados (materiais funcionais).

Processo de polimerizao em emulso

auxiliado pelo mecanismo de Pickering

Agente de Proteo

Qumica

(Molecular)

Agente de Proteo

Fsica

(Nanopartculas)

Matriz Polimrica

xido Cermico

Agente Ativo

Efeito de degradao de polmeros

Revestimentos Funcionais

Secagem por asperso (spray-drying)

Capacitao IPT: Empego da tcnica de secagem por asperso (spray-drying) para gerao de nanopartculas polimricas com potencial para encapsulao de agentes ativos.

(2)

(1)

1) Atomizador (membrana piezoeltrica)

2) Coletor (sistema eletrosttico)

Sistemas nanoestruturados (aglomerao)

Capacitao IPT: Emprego da tcnica de secagem por asperso (spray-drying) para aglomerao de sistemas particulados. Produo de sistemas (re)dispersveis.

Spray-Drier (piloto)

50.000x (ampliao) 20.000x (ampliao)

Aglomerao

Partculas primrias sub-micromtricas

(em detalhe)

Benefcio Segurana

Borracha (elastmeros) em p

Capacitao IPT: Uso de nanopartculas de xidos cermicos para modificao do comportamento termomecnico de materiais elastomricos (baixa Tg) e respectiva produo de borracha em p empregando a tcnica de secagem por asperso (spray-drying).

SBR aps processamento na

presena de nanopartculas SBR sem modificao

Adio de

nano SiO2

Modificao de ltex (sinttico) mediante

incorporao de nanopartculas cermicas

Modificao Termoplsticos

Absorvedores de Impacto

Secagem por asperso

(spray drying)

Agentes Reguladores de Temperatura (PCMs)

Capacitao IPT: Emprego da tcnica de polimerizao interfacial para produo de nanocpsulas contendo materiais ativos encapsulados (sistemas estmulo-resposta).

Princpio de funcionamento

Disperso em volume

Disperso em superfcie

Ciclo Trmico

Revestimentos

Funcionais

Compsitos

Revestimento polimrico bactericida

Capacitao IPT: Sntese de nanopartculas metlicas e funcionalizao de superfcies atravs de revestimentos funcionais de origem orgnica (ex. funo bactericida).

Revestimento polimrico hidroflico

Nanopartcula de prata (NanoAg)

ons de prata (Ag+)

Bactria (viva)

Bactria (morta) Substrato

Processo de sntese de

nanopartculas

Deposio de filmes

polimricos

Biotecnologia

Foco principal

Desenvolvimento de processos de produo de molculas bioativas com foco na substituio de processos qumicos. Desenvolvimento de bioprocessos incluindo o isolamento e a seleo dos microorganismos, estudos genticos, purificao, biocaracterizao e escalonamento

Solues tecnolgicas

Bioprospeco de novos microorganismos

Melhoramento gentico de microorganismos

Metabolmica

Desenvolvimento e otimizao de bioprocessos

Escalonamento de bioprocessos

Purificao e caracterizao de biomlculas

Avaliao in vitro da atividade antimicrobiana e citotoxicidade

Avaliao da biodegradabilidade de produtos

Infraestrutura

Biorreatores automatizados (0.7 a 100 l)

Sistema de pr-tratamento de materiais lignocelulsicos

Cromatgrafos e espectrmetros de massa

Analisadores de gases (respirmetros)

Infraestrutura de screening de microorganismos

Biotecnologia

Exemplos de aplicaes em Biotecnologia

Produo do Polmero Biodegradvel - PHB

0

0,5

1

1,5

2

2,5

19931995

19961998

2000

Shaker Biorreator

Bac.mutante

Biorreator Fed-Batch

Biorreator Alta Densidade

Otimizao Matemtica

Processo

Evoluo da Tecnologia - IPT - Polihidroxialcanoatos

Produtividade de PHA (g/L.h) - Bactrias (sacarose invertida)

Somos capazes de selecionar a linhagem do microrganismo e polmeros com alta produtividade (menores plantas de processamento) e elevados rendimentos (baixo custo do produto) a partir de diferentes fontes de carbono renovveis

Microbiologia e Biologia

Molecular

Diferentes estratgias de conduo de

experimentos em biorreatores (15L)

Modelagem, simulao e

Otimizao de

Processos

Diferentes produtos em

escala piloto (100L)

Seleo da linhagem

Produo de protena recombinante por bactrias para vacinas

Principal desafio: a produo concomitante de

subprodutos txicos resultando em morte celular.

Somos capazes de desenvolver e otimizar processos de produo de vacinas veterinrias e humanas.

Resultado: Aumento de 120% na concentrao

celular em escala piloto de 80L.

Resultado Final: Aumento da

Produtividade do Produto

Desafio: Aumentar a concentrao celular

do processo industrial em reator de 80L.

http://www.google.com.br/url?sa=i&rct=j&q=e%20coli&source=images&cd=&cad=rja&docid=Lj3_Drzk53aLoM&tbnid=uyWiVf3wpDVBtM:&ved=0CAUQjRw&url=http://divinaprofissao.blogspot.com/2011/06/escherichia-coli.html&ei=Q5w3UarIOa290QGlvoHAAQ&psig=AFQjCNHyJhCZIFY6dCZDNrVkLoRPJr2dNQ&ust=1362685365421141http://www.google.com.br/url?sa=i&rct=j&q=e+coli&source=images&cd=&docid=T6HMFvgoqdfTSM&tbnid=A_LdQWACibk2CM:&ved=0CAUQjRw&url=http://thecattleblog.blogspot.com/2011/08/e-coli-is-it-in-you.html&ei=hpw3UeC8DOiX0QHJk4CwBA&psig=AFQjCNHNUiaBg7AbrkFEhUvQ2IinWIFyMQ&ust=1362685443805327http://www.google.com.br/url?sa=i&source=images&cd=&cad=rja&docid=vrQGZyu5vHwuFM&tbnid=UX0trvAmBzyKyM:&ved=0CAgQjRwwAA&url=http://www.microbialcellfactories.com/content/9/1/8/figure/F1?highres=y&ei=Mp03UZybBMa50QGzkIHICA&psig=AFQjCNE6lOFwSyC3IPaMmLRjbQoHuiHdlw&ust=1362685618134716

Produo de Biofrmacos: Desenvolvimento de Anticorpos Monoclonais

0

50

100

150

200

20012002

2003

Batch

Batch -meio fortificado

Fed-Batch

Evoluo da Tecnologia - IPT - Anticorpo Monoclonal

Concentrao de AcMo (ug/mL) - Clulas animais

Somos capazes de desenvolver os processos de produo de Biofrmacos e outras biomolculas de interesse para a sade.

Desafio 1: Aumentar a

concentrao celular em

biorreatores de 2L

Ampliao de escala em

biorreator de 10L

Gargalo: Produo de

subprodutos txicos

Estudo do Meio de Cultura

e do Controle do

Metabolismo Celular

Avaliao da produo de enzimas

Somos capazes de realizar etapa de busca de microrganismos focados no produto desejado e na matria- prima de interesse (ex. resduos)

Seleo das Linhagens mais promissoras

Novos microrganismos de interesse industrial

Gargalo do processo de produo de lcool de 2 gerao: enzimas

Bioprospeco de microrganismos para a produo de novas

enzimas para hidrlise enzimtica

(1) (2)

(3) (4)

IPT 825

Isolamento de linhagens

(1) (2)

(3) (4)

Biorefinaria: fontes renovveis de matria prima

Estamos capacitados para pesquisas que utilizem resduos agroindustriais como matria prima para produo de insumos para diversos setores industriais.

Resduo

agroindustrial

Pr-tratamento por

exploso a vapor

Hidrlise

enzimtica Deslignificao

http://www.google.com.br/url?sa=i&source=images&cd=&cad=rja&docid=wH63DTcXuhf7cM&tbnid=NYpHQBv2IJZIqM:&ved=0CAgQjRwwAA&url=http://pt.made-in-china.com/co_huihejixie/product_Small-Stainless-Steel-Agitating-Tank_hoiehrgng.html&ei=d1M3Ua2LN9KHqQHA0IDQAQ&psig=AFQjCNEYD-X2Dh4kzSPOc9QqUa6oPyV8Iw&ust=1362666744018618

Ao Embrapii - IPT

O Que a Embrapii ?

Objetivo: desenvolver projetos na fase intermediria da inovao, em cooperao com

empresas, voltados para gerar novos conhecimentos, produtos e processos aplicveis

diretamente no setor produtivo.

Perodo da ao piloto

Contratao: 24meses (Dezembro 2013)

Concluso projetos: 48 meses (Dezembro 2015)

Participantes fase piloto (iniciais)

Energia e sade

Automao e manufatura

BioNanoManufatura, novos materiais metlicos, cermicos e polimricos

Poltica do IPT Embrapii

reas Somente projetos nas reas de atuao IPT-Embrapii Projetos aplicados qualquer setor industrial ou ramo de negcios, desde que

ancorados nas especialidades do IPT

Projetos:

cuja soluo e inovao gerada seja suportada pelas reas de Biotecnologia, Nanotecnologia, Micromanufatura, Microtecnologia ou Metrologia de Ultrapreciso ou pela combinao delas ou envolvam inovaes em novos materiais metlicos, cermicos ou polmricos, ou

envolva novos materiais, metlicos, cermicos ou polimticos

Execuo Responsabilidade da execuo do IPT (cooperao com os parceiros)

Aporte de Recursos Contrapartida da empresa e da Embrapii financeira

Contrapartida do IPT econmica

Propriedade Intelectual Propriedade intelectual partilhada

Garantia para explorao da tecnologia pela empresa

Referncia de anlise Embrapii

Inovao Potencial de gerao de conhecimentos tecnolgicos e inovao

(patenteabilidade).

Desafio tecnolgico Avaliao do gargalo tecnolgico e disponibilidade de recursos

necessrios para a superao do desafio.

Valor Potencial de gerao de valor da tecnologia aps seu

desenvolvimento

Obrigada !

Detalhes em:

www.ipt.br

www.ipt.br/bionanomanufatura

Contato:

[email protected]

http://www.ipt.brhttp://www.ipt.br/bionanomanufaturamailto:[email protected]