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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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IPT e suas ações direcionadas a nanotecnologia

Dra. Maria Helena Ambrosio Zanin

[email protected]

Workshop em Nanobiotecnologia

04.09.2013

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

Sociedade Anônima, cujo sócio controlador é o Governo do Estado de São Paulo, por meio da Secretaria da Fazenda

O que é

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O que é

Criar e aplicar soluções tecnológicas para aumentar a competitividade das empresas e promover a qualidade de vida.

Ser instituição líder nacional e atuar internacionalmente no desenvolvimento de tecnologias avançadas.

Integridade ética, probidade, isenção, competência técnica e qualidade em procedimentos de busca contínua de melhorias.

Missão

Visão

Valores

{

{

{

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Histórico

1899 - Fundação Criação do Gabinete de Resistência de Materiais (GRM) na Escola Politécnica

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Histórico

1934 – Decreto 6375 transforma o Gabinete de Resistência de Materiais em Instituto de Pesquisas Tecnológicas - IPT

1960 – Reestruturação das áreas técnicas Divisões técnicas, focadas em áreas da engenharia

1972 – IPT melhora a sua relação com as indústrias: contratos de P&D&I com empresas privadas se tornam mais freqüentes

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

2008-2012 – GESP investe R$150 milhões em programa de modernização laboratorial

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Modernização

2008 – 2012 Investimentos de R$186 milhões

Novos focos: •Estruturas Leves

•Bionanotecnologia

Formação de pesquisadores no exterior: 36 até 2012

Concurso público: 66 funcionários contratados em 2012

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Estrutura Física

Unidades em

São Paulo

Franca (EPIs, couros e calçados)

São José dos Campos* (materiais compósitos)

14 unidades tecnológicas

40 laboratórios e seções

92.030 m2 de área construída

* Em implantação

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Centros técnicos

CT-Obras Tecnologia de Obras de Infra-estrutura

CTMM Centro de Tecnologia em Metalurgia e Materiais

CETAE Tecnologias Ambientais e Energéticas

CT-Floresta Tecnologia de Recursos Florestais

CNaval Engenharia Naval e Oceânica

CMF Metrologia de Fluidos

CETIM Têxteis Técnicos e Manufaturados

CIAM Tecnologia da Informação, Automação e Mobilidade

CINTEQ Integridade de Estruturas e Equipamentos

CETAC Tecnologia do Ambiente Construído

CMQ Metrologia em Química

CME Metrologia Mecânica e Elétrica

NT – MPE Suporte às PMEs

NT- Bionanomanufatura

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Núcleo de BioNanoManufatura

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Terminologia

Bio Nano Manufatura

MicroManufatura e

Metrologia de três dimensões de alta performance

NanoPartículas produzidas por processos

químicos

Biotecnologia Industrial

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Background

Previous experience: • Biotechnological &

chemical processes, including microfluidic applications & macro-measurements

Modernização da capacitação original:

•Nanoescala em química e materiais •Nova infra estrutura laboratorial e ambiente •Melhoria da tecnologia para caracterização •Micro-fabricação & avaliação além dos dispositivos microfluídicos

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Instalações e infraestrutura

• Instalação • Aprox. 8000 m2 em 3 pavimentos

• Salas limpas (classe100 e1000) e

labs com ambientes protegidos

para trabalhos com células

animais e vegetais

• Acomodações para 65

pesquisadores permanentes e

visitantes

• Espaço para eventos com até 125

pessoas

• Espaço de 1000 m2 para

ampliação e plantas piloto

• Pessoal permanente • 4 Administrativos e gestão

• 26 pesquisadores

• 14 técnicos

• Investimento

• R$ 26 milhões instalação

• R$ 26 milhões em novas

tecnologias & processos

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Plataformas Tecnológicas Integradas

Nanotecnologia: novas possibilidades de intensificação de processos (físicos, químicos e biológicos) através da redução de escala e com ganhos na qualidade dos produtos

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

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

Metrologia dimensional avançada: capacidade de medição em 3D permitindo diagnóstico e desenvolvimento de micro e nano dispositivos

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Microtecnologia e Metrologia dimensional avançada

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Foco principal

•Projeto, fabricação e caracterização de microssistemas, como MEMS e biossensores. Foco no desenvolvimento de processos de micromanufatura em sala limpa

Soluções tecnológicas

•Microssistemas cerâmicos LTCC- Low Temperature Co-fired Ceramic

•Microdispositivos em silício, vidro, materiais poliméricos e substratos metálicos

•Ativação de superfícies

Infraestrutura

•Prototipagem experimental em LTCC (usinagem, serigrafia, laminação, sinterização e montagem)

•Deposição de filmes finos e espessos de diversos materiais, incluindo polímeros

•Corrosão úmida e por plasma

•Fotolitografia

•Microusinagem e microperfuração com laser

•Microfresamento com ferramentas de corte

•Medição dimensional e geométrica de micropeças e microcomponentes

Microtecnologia

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Foco principal

•Avaliação dimensional e geométrica de microdispositivos aplicados a BioNanoTecnologia. Entrega de informação qualificada para realimentação de projeto e melhoria da qualidade

Soluções tecnológicas

•Metrologia dimensional e geométrica de peças com superfícies regulares ou superfícies livres

•Medição não destrutiva de detalhes internos de componentes e peças em materiais diversos (aços, alumínio, magnésio, titânio, cerâmica e plástico)

•Digitalização por completo de peças e mecanismos complexos

•Detecção e análise de defeitos em materiais

•Calibração de padrões de comprimentos

Infraestrutura

•Sistema de metrotomografia 3D de raios X com múltiplos sensores

•Máquinas multi-sensor de medição por coordenadas

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

Metrologia dimensional avançada

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Active Pharmaceutical Ingredient (API)

Solubilização Formação

Nanopartícula

Aumento da bio-disponibilidade

Microfluidica aplicada na produção de nanopartículas

Cristais

Dispositivo Microfluidico

Caracterização

Nanopartícula Amorfa

ϕ ≈ 200 nm

Competência IPT: Fabricação de dispositivos microfluídicos para geração de nanopartículas por nanoprecipitação em modo contínuo. Aplicação: Indústrias farmacêutica,

química, saúde e de alimentos.

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Nanotecnologia

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Foco principal

•Desenvolvimento de sistemas nanoestruturados por diferentes rotas, utilizando polimeração, emulsificação, evaporação de solvente, spray-dryer e processos microfluidicos

Soluções tecnológicas

•Síntese de nanopartículas

•Produção de nanofibras poliméricas por eletrofiação

•Funcionalização de nanomateriais

•Desenvolvimento de fluidos complexos

•Sistemas de liberação controlada

•Modificação e funcionalização de superfícies

•Técnicas avançadas de caracterização de nanomateriais e fluidos

Infraestrutura

•Reatores automatizados

•Homogeinizadores de alta pressão

•Nano spray-dryer

•Microscópios de alta precisão

•Analisadores de tamanho de partículas de alta precisão

Nanotecnologia

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Exemplos de aplicações em Nanotecnologia

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Ilustração de um sistema monoaxial de electrospinning

Produção de nanofibras poliméricas por eletrofiação

Syringe pump Collector

High Voltage

Supply

Nanofibras

Patches

Administração

tópica

Dfiber Area

Volume α

Aplicação de campo elétrico

Aplicações:

Filtração seletiva

Superficies funcionalizadas

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

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H2O + Tensoativo (85± 5°C)

Agitação

Sol. tampão 7,4 (5% tween 80)

Nanoencapsulação de ativos cosméticos

NANOENCAPSULAÇÃO DE FILTRO SOLAR POR NANOLIPÍDICAS

Ativo+Lipídio Fundido (85± 5°C)

Homo. Alta Pressão (600bar)

Cel de Difusão de Franz HPLC

Alguns destaques...

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NANOPARTÍCULAS TERMOSENSÍVEIS

Nanoparticulas termossensíveis para veiculação de ativos.

Tese de Doutoramento: Adriano Marim – Patente nº. PI 0902050-0

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Propriedades de sólidos cristalinos

Capacitação IPT: Modificação morfológica (hábito cristalino) para melhoria das propriedades de transporte, processamento, dissolução e biodisponibilidade de materiais sólidos cristalinos.

Cristalização

Precipitação

Mudança de solvente

Aditivos

Polimorfismo

Cristalização Esférica

Ácido Adípico

Sulfato de Cobre

Carbonato de Cálcio

(vaterita + calcita)

Agente Ativo Farmacêutico Efeito de agentes externos

(ex. campo magnético)

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Sistemas de liberação controlada

Capacitação IPT: Domínio de diferentes técnicas de micro(nano)encapsulação dedicadas à geração de sistemas de liberação controlada (encapsulação de agentes ativos hidrofílicos e hidrofóbicos).

Tecnologias de Encapsulação

Fibras de tecido impregnadas com

cápsulas contendo material encapsulado

Mecanismos de liberação controlada

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Nanocarreadores Coloidais

Capacitação IPT: Desenvolvimento de processos (rotas) para encapsulação de agentes ativos.

Princípio Ativo Princípio Ativo

Nanoencapsulado

Terapia Fotodinâmica

(tratamento de câncer)

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Absorvedores de radiação UVA e UVB

Capacitação IPT: Emprego da técnica de polimerização em emulsão auxiliada por mecanismo de Pickering para produção de sistemas híbridos orgânico-inorgânico nanoestruturados (materiais funcionais).

Processo de polimerização em emulsão

auxiliado pelo mecanismo de Pickering

Agente de Proteção

Química

(Molecular)

Agente de Proteção

Física

(Nanopartículas)

Matriz Polimérica

Óxido Cerâmico

Agente Ativo

Efeito de degradação de polímeros

Revestimentos Funcionais

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Secagem por aspersão (spray-drying)

Capacitação IPT: Empego da técnica de secagem por aspersão (spray-drying) para geração de nanopartículas poliméricas com potencial para encapsulação de agentes ativos.

(2)

(1)

1) Atomizador (membrana piezoelétrica)

2) Coletor (sistema eletrostático)

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Sistemas nanoestruturados (aglomeração)

Capacitação IPT: Emprego da técnica de secagem por aspersão (spray-drying) para aglomeração de sistemas particulados. Produção de sistemas (re)dispersíveis.

Spray-Drier (piloto)

50.000x (ampliação) 20.000x (ampliação)

Aglomeração

Partículas primárias sub-micrométricas

(em detalhe)

Benefício Segurança

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Borracha (elastômeros) em pó

Capacitação IPT: Uso de nanopartículas de óxidos cerâmicos para modificação do comportamento termomecânico de materiais elastoméricos (baixa Tg) e respectiva produção de borracha em pó empregando a técnica de secagem por aspersão (spray-drying).

SBR após processamento na

presença de nanopartículas SBR sem modificação

Adição de

nano SiO2

Modificação de látex (sintético) mediante

incorporação de nanopartículas cerâmicas

Modificação Termoplásticos

Absorvedores de Impacto

Secagem por aspersão

(spray drying)

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Agentes Reguladores de Temperatura (PCM´s)

Capacitação IPT: Emprego da técnica de polimerização interfacial para produção de nanocápsulas contendo materiais ativos encapsulados (sistemas estímulo-resposta).

Princípio de funcionamento

Dispersão em volume

Dispersão em superfície

Ciclo Térmico

Revestimentos

Funcionais

Compósitos

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Revestimento polimérico bactericida

Capacitação IPT: Síntese de nanopartículas metálicas e funcionalização de superfícies através de revestimentos funcionais de origem orgânica (ex. função bactericida).

Revestimento polimérico hidrofílico

Nanopartícula de prata (NanoAg)

Íons de prata (Ag+)

Bactéria (viva)

Bactéria (morta) Substrato

Processo de síntese de

nanopartículas

Deposição de filmes

poliméricos

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Biotecnologia

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Foco principal

•Desenvolvimento de processos de produção de moléculas bioativas com foco na substituição de processos químicos. Desenvolvimento de bioprocessos incluindo o isolamento e a seleção dos microorganismos, estudos genéticos, purificação, biocaracterização e escalonamento

Soluções tecnológicas

•Bioprospecção de novos microorganismos

•Melhoramento genético de microorganismos

•Metabolômica

•Desenvolvimento e otimização de bioprocessos

•Escalonamento de bioprocessos

•Purificação e caracterização de biomléculas

•Avaliação in vitro da atividade antimicrobiana e citotoxicidade

•Avaliação da biodegradabilidade de produtos

Infraestrutura

•Biorreatores automatizados (0.7 a 100 l)

•Sistema de pré-tratamento de materiais lignocelulósicos

•Cromatógrafos e espectrômetros de massa

•Analisadores de gases (respirômetros)

•Infraestrutura de screening de microorganismos

Biotecnologia

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Exemplos de aplicações em Biotecnologia

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Produção do Polímero Biodegradável - PHB

0

0,5

1

1,5

2

2,5

19931995

19961998

2000

Shaker Biorreator

Bac.mutante

Biorreator Fed-Batch

Biorreator Alta Densidade

Otimização Matemática

Processo

Evolução da Tecnologia - IPT - Polihidroxialcanoatos

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

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

Microbiologia e Biologia

Molecular

Diferentes estratégias de condução de

experimentos em biorreatores (15L)

Modelagem, simulação e

Otimização de

Processos

Diferentes produtos em

escala piloto (100L)

Seleção da linhagem

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Produção de Biofármacos: Desenvolvimento de Anticorpos Monoclonais

0

50

100

150

200

20012002

2003

Batch

Batch -meio fortificado

Fed-Batch

Evolução da Tecnologia - IPT - Anticorpo Monoclonal

Concentração de AcMo (ug/mL) - Células animais

Somos capazes de desenvolver os processos de produção de Biofármacos e outras biomoléculas de interesse para a saúde.

Desafio 1: Aumentar a

concentração celular em

biorreatores de 2L

Ampliação de escala em

biorreator de 10L

Gargalo: Produção de

subprodutos tóxicos

Estudo do Meio de Cultura

e do Controle do

Metabolismo Celular

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Avaliação da produção de enzimas

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

Seleção das Linhagens mais promissoras

Novos microrganismos de interesse industrial

Gargalo do processo de produção de álcool de 2ª geração: enzimas

Bioprospecção de microrganismos para a produção de novas

enzimas para hidrólise enzimática

(1) (2)

(3) (4)

IPT 825

Isolamento de linhagens

(1) (2)

(3) (4)

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Biorefinaria: fontes renováveis de matéria prima

Estamos capacitados para pesquisas que utilizem resíduos agroindustriais como matéria prima para produção de insumos para diversos setores industriais.

Resíduo

agroindustrial

Pré-tratamento por

explosão a vapor

Hidrólise

enzimática Deslignificação

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Ação Embrapii - IPT

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O Que é a Embrapii ?

Objetivo: desenvolver projetos na fase intermediária da inovação, em cooperação com

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

diretamente no setor produtivo.

Período da ação piloto

Contratação: 24meses (Dezembro 2013)

Conclusão projetos: 48 meses (Dezembro 2015)

Participantes fase piloto (iniciais)

Energia e saúde

Automação e manufatura

BioNanoManufatura, novos materiais metálicos, cerâmicos e poliméricos

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Política do IPT – Embrapii

Áreas Somente projetos nas áreas de atuação IPT-Embrapii • Projetos aplicados à qualquer setor industrial ou ramo de negócios, desde que

ancorados nas especialidades do IPT

• Projetos:

– cuja solução e inovação gerada seja suportada pelas áreas de Biotecnologia, Nanotecnologia, Micromanufatura, Microtecnologia ou Metrologia de Ultraprecisão ou pela combinação delas ou envolvam inovações em novos materiais metálicos, cerâmicos ou polméricos, ou

– envolva novos materiais, metálicos, cerâmicos ou poliméticos

Execução Responsabilidade da execução é do IPT (cooperação com os parceiros)

Aporte de Recursos Contrapartida da empresa e da Embrapii é financeira

Contrapartida do IPT é econômica

Propriedade Intelectual ‒ Propriedade intelectual partilhada

‒ Garantia para exploração da tecnologia pela empresa

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Referência de análise Embrapii

Inovação − Potencial de geração de conhecimentos tecnológicos e inovação

(patenteabilidade).

Desafio tecnológico − Avaliação do gargalo tecnológico e disponibilidade de recursos

necessários para a superação do desafio.

Valor − Potencial de geração de valor da tecnologia após seu

desenvolvimento

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Obrigada !

Detalhes em:

www.ipt.br

www.ipt.br/bionanomanufatura

Contato:

[email protected]

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