Ciência e indústria: aliança perfeita para o desenvolvimento de revestimentos antivirais

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Foto: Novo Coronavirus SARS-CoV-2 – Imagem de microscopia eletrônica de transmissão de partícula viral isolada de um paciente. Imagem original do Instituto Nacional de Alergia e Doenças Infecciosas do Governo dos USA.

O contágio pela COVID-19 muitas vezes se dá através de pequenas gotículas provenientes do nariz ou da boca da pessoa infectada, que, após uma tosse ou espirro, ou mesmo durante a fala, se depositam em superfícies e se tornam um perigo para todos ao seu redor. Hoje, quatro meses depois que a Organização Mundial de Saúde declarou a pandemia da COVID-19, esta informação está bastante difundida.

E se as próprias superfícies possuíssem a capacidade de inativar o vírus? Pensando em soluções para diminuir a taxa de transmissão do novo coronavírus SARS-CoV-2 e, consequentemente, esta forma de contágio, o Instituto Senai de Inovação em Eletroquímica está apoiando indústrias brasileiras no desenvolvimento de revestimentos antivirais. Dois revestimentos estão sendo desenvolvidos em períodos muito curtos de tempo quando se considera que dependem de pesquisa científica e inovação, mas que são períodos cruciais quando procura respostas para situações complexas, de crise, como a que estamos vivendo.

Um deles será um revestimento antiviral de fácil manuseio e aplicação por spray, sem que haja a necessidade de um preparo prévio da superfície. Com estas características, ele poderá ser usado em superfícies como maçanetas, mesas e bancadas, balcões de atendimento, corrimões de escadas e corredores, entre outras. Para a obtenção da formulação adequada, estão sendo utilizadas diferentes tecnologias para a ancoragem de nanopartículas de prata, que são as protagonistas destas “superfícies antivirais”. Deve-se observar que as bases poliméricas formadoras dos filmes de recobrimento precisam conferir característica não tóxica ao revestimento funcional, bem como apresentar resistência à abrasão. O resultado destes estudos será entregue à indústria até o final de novembro de 2020, totalizando seis meses de desenvolvimento.

O segundo projeto é de um revestimento antiviral imobiliário, que pode ser utilizado em paredes de ambientes hospitalares ou locais com grande circulação de pessoas. A tinta imobiliária de alta performance, já comercializada pela empresa paranaense envolvida, ganhará funcionalidade antiviral por meio da incorporação de nanopartículas de cobre e de prata. O desafio está em definir a concentração ideal dos aditivos, para que haja compatibilidade química e estabilidade da suspensão de nanopartículas na tinta, de forma a não interferir nas propriedades originais do produto. Este projeto está em fase final e será entregue à empresa até o final de setembro, totalizando quatro meses de desenvolvimento.

Ambas as tecnologias atuam pelo mecanismo, ainda não completamente elucidado para a classe viral de micro-organismos, de inativação do SARS-CoV-2 pela interação com a proteína S do envelope viral, fazendo com que o sítio desta proteína que faria a ligação com as células humanas esteja ocupado e inativo.

Estes projetos são exemplos claros de que a inovação é essencial para fomentar a atividade econômica industrial nacional, gerando renda e empregos, de forma responsável, protegendo ao mesmo tempo a saúde e o bem estar das pessoas. Desta forma, incorporar funcionalidade antiviral a tintas e revestimentos torna mais eficiente a principal estratégia de combate à COVID-19, que é reduzir o número de pessoas infectadas em um curto espaço de tempo.

Com infraestrutura laboratorial e de recursos humanos altamente capacitados, o Instituto Senai de Inovação em Eletroquímica realiza pesquisa aplicada à indústria. Neste contexto, ele desenvolve produtos e processos inovadores, resultando em maior competitividade e sustentabilidade para diversos segmentos industriais, os quais podem ir da geração e do armazenamento de energia à produção de revestimentos inteligentes e à caracterização, monitoramento e controle da corrosão, passando pelo diagnóstico rápido de doenças e o monitoramento de bioprocessos. Atualmente somos uma unidade credenciada pela Embrapii (Empresa Brasileira de Pesquisa e Inovação Industrial), o que está relacionado a uma alta qualidade de serviços, pesquisas e infraestrutura, e a um corpo técnico especializado e apto a atender as necessidades da indústria, com acesso a recursos financeiros que viabilizam os desenvolvimentos.

Pela Dra. Agne Roani de Carvalho Jorge (http://lattes.cnpq.br/3323584335424117)

Pesquisadora do Instituto Senai de Inovação em Eletroquímica

Responsável técnica pela área de Revestimentos Inteligentes

 

Legenda da foto: Novo Coronavirus SARS-CoV-2 – Imagem de microscopia eletrônica de transmissão de partícula viral isolada de um paciente. Imagem original do Instituto Nacional de Alergia e Doenças Infecciosas do Governo dos USA.

A importância das unidades de concentração durante a pandemia.

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Em tempos de pandemia, é comum nos depararmos com uma série de informações pouco observadas no nosso dia a dia. Um exemplo bem claro disso são as diversas formas com que produtos contendo etanol (popularmente conhecido como álcool etílico) têm sido comercializados, seja na forma em gel ou mesmo na forma líquida. Antes da presença da COVID-19 em nossas vidas, apenas as formulações destinadas à limpeza doméstica eram vendidas. Estes produtos não são eficazes no combate ao coronavírus, pois a quantidade de etanol está abaixo da necessária para que o vírus seja inativado. Mas como saber qual produto comprar? Para responder a esta pergunta, devemos atentar para qual é a concentração de etanol em uma mistura hidroalcoólica.

A concentração de uma solução pode ser definida como a proporção entre as quantidades de soluto (etanol no nosso caso) e de solvente (frequentemente água). Esta proporção pode ser expressa de diferentes formas de acordo com as grandezas que conseguimos medir, como, por exemplo, massa, volume ou quantidade de matéria, sendo esta última mais adotada em estudos técnicos. Para cada tipo de relação que estabelecemos, definimos então a unidade de concentração. Uma unidade bem comum para as soluções de etanol é a porcentagem em massa, ou seja, a relação em massa entre o etanol e o solvente, também conhecido como grau INPM (Instituto Nacional de Pesos e Medidas). Então, quando nos referimos ao famoso “álcool 70”, este sim eficiente no combate ao coronavírus, estamos dizendo que, para cada 100 gramas desta solução, 70 gramas são de etanol ou, tecnicamente falando, temos uma solução de etanol 70 °INPM ou 70% em massa.

Apesar da concentração em massa ser a mais comum, outra forma bastante recorrente de se expressar a concentração de etanol em soluções hidroalcoólicas é a relação de volume. Essa unidade de medida é conhecida como “graus GL ou °GL” (a sigla GL significa Gay-Lussac – em homenagem ao físico e químico francês Louis Joseph Gay-Lussac). Nesse caso, o “álcool 70” (70° INPM) deveria ser chamado de “álcool 77”, o que na prática significa que uma solução 77 °GL contém 77 partes de etanol para cada 100 partes em volume da solução (Ex: 77 mL de etanol para cada 100 mL de solução). A relação em volume difere um pouquinho da relação em massa, por conta da contração de volume causada pela interação química entre etanol e água, além da diferença de densidade entre os dois líquidos.

Além destas unidades de concentração, outras podem aparecer nas prateleiras do supermercado, seja para o etanol ou mesmo para outros tipos de produto. É o caso de outro desinfetante bastante utilizado no combate ao coronavírus, a “cândida” ou água sanitária. Embora o princípio ativo destas soluções seja o hipoclorito de sódio (NaClO), sua forma mais comum de comercialização é como uma solução aquosa com concentração entre 2,0 e 2,5% em massa de cloro ativo (Cl2). A quantidade de cloro ativo é calculada a partir do seu equivalente em hipoclorito; é feito dessa forma para permitir a comparação entre o poder oxidante de vários compostos clorados. As semirreações de redução, tanto para o NaClO­­ como para o Cl2, envolvem o consumo de dois elétrons e, portanto, a equivalência entre os dois compostos é igual a 1 (neste caso, 1 mol de ClO– equivale a 1 mol de Cl2). Assim, considerando a relação em massa para a mesma quantidade de matéria dos dois compostos, uma solução 2,0% em massa de cloro ativo tem em sua composição 2,1 gramas de NaClO (o equivalente a 2,0 gramas de Cl2) para cada 100 gramas da solução. Vale reforçar, neste caso, que a solução comercial deve ser diluída para ser usada na desinfecção de alimentos ou ambientes. Quando utilizada na desinfecção de água potável, por exemplo, a concentração de cloro ativo deve ser da ordem de 0,0002% em massa, ou seja, entre 10.000 e 12.500 vezes menor do que seu teor na água sanitária.

Independentemente do desinfetante escolhido, o importante é nos protegermos. Portanto, pegue seu “álcool 70”, sua água sanitária e saia desinfetando tudo. Vamos todos combater o coronavírus!

Por Prof. Dr. Luiz Humberto Marcolino Junior

http://lattes.cnpq.br/0495683068319877

Science Stories

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SCIENCE STORIES – VERSÃO BETA!

O Jogo Science Stories foi desenvolvido por Vinícius Moraes Chagas, aluno do primeiro período do curso de Química, em parceria com Victor Tirone e sob a orientação de Roberto Dalmo Varallo Lima de Oliveira – professor do Departamento de Química da UFPR. Esse projeto foi realizado parceria com o projeto de Extensão “Ciência e Arte no FIBRA”.

A versão disponível é uma versão BETA, ou seja, o jogo está finalizado, mas foi disponibilizado para o público para que os desenvolvedores possam ter um feedback das regras, cartas e do aplicativo. Ele ficará disponível até o dia 25/06/2020  e será modificado de acordo com as sugestões que os(as) jogadores(as) farão através do link:  https://forms.gle/xfwYcLYJ5J5QNaGd8

Para Baixar: https://drive.google.com/file/d/1qnO0ejQWSLYluWBgcNuFYZhywG7Efahv/view?usp=drivesdk
O link acima levará você para um arquivo no google drive. É só baixar! O jogo está disponível para Android. Vamos trabalhar para que na versão final a gente consiga que o jogo esteja disponível na PlayStore e futuramente disponível também para IOS.Se não (conseguir baixar, confira esse vídeo: https://youtu.be/g4v-q8A3gJQ)

Regras:  Science Stories possui um objetivo: Você e seus(suas) companheiros(as) de jogo devem conseguir deduzir a história que está atrás de cada carta. Importante: uma pessoa deverá mediar o jogo. Ela irá ler a parte da frente para o grupo e apenas ela poderá ler a parte atrás da carta. O grupo deverá elaborar perguntas para o(a) mediador(a) que possam ser respondidas apenas com “Sim”, “Não” ou “irrelevante“. Vocês podem jogar de maneira cooperativa onde todos(as) juntos(as) vão buscar descobrir a história, mas também podem fazer uma competição para ver quem chega no final da história primeiro. Deixem a imaginação fluir!! Cada história é baseada em algum(a) cientista ou acontecimento importante para a ciência… Não deixe de procurar depois sobre essa pessoa ou acontecimento.
Aproveite!

Autor Roberto Dalmo Varallo Lima de Oliveira

http://lattes.cnpq.br/4443676750886349

robertodalmo@ufpr.br

Peróxido de hidrogênio (Água oxigenada).

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O peróxido de hidrogênio (H2O2) é uma das substâncias que têm sido testadas como agente de desinfecção no combate ao novo corona vírus (SARS-CoV-2), causador da doença conhecida como Covid-19. O H2O2 foi descoberto em 1818 e está disponível comercialmente desde o século XIX. É amplamente utilizado para diversos fins e o seu uso é considerado ecológico, já que se decompõe em água e oxigênio molecular (O2).

A decomposição do H2O2 é exotérmica, ou seja, libera calor para o meio. Em soluções diluídas esse calor é facilmente absorvido pela água, porém, em soluções mais concentradas, a temperatura do meio aumenta e a decomposição do H2O2 é acelerada. A velocidade de decomposição também aumenta na presença de metais, por exposição a luz ultravioleta e até mesmo por ação de impurezas que podem acidentalmente contaminar o H2O2 durante a estocagem e o manuseio. É comum o uso de estabilizantes para diminuir perdas por decomposição. Mesmo assim, recomenda-se que as soluções de H2O2 sejam armazenadas à temperatura ambiente (ou refrigeradas) e ao abrigo da luz. O correto armazenamento garante que as perdas por decomposição sejam inferiores a 2% ao ano.

O H2O2 é ativo contra muitos micro-organismos, incluindo bactérias, leveduras, fungos, vírus e esporos. A variação de energia livre de Gibbs (DG°) associada à quebra da ligação covalente entre os dois átomos de oxigênio no H2O2 é relativamente baixa; cerca de 213 kJ mol-1. Os radicais hidroxila produzidos nessa reação podem danificar ácidos nucleicos, proteínas e lipídios de vários tipos de micro-organismos. A eficiência do H2O2 como agente de desinfecção é diminuída na presença da enzima catalase, que favorece a decomposição do H2O2. Porém, essa limitação é superada pelo uso de soluções mais concentradas.

O uso de soluções de H2O2 é mais comum para a desinfecção de superfícies inanimadas, porque o tempo de exposição necessário é relativamente longo. Entretanto, é importante enfatizar que a contaminação por SARS-CoV-2 pode ocorrer a partir de superfícies contaminadas. Em apenas 1 mL de saliva há aproximadamente 108 cópias de vírus, que podem permanecer ativos em superfícies por 2 horas a 9 dias, dependendo do tipo de material contaminado. Estudos demonstraram que uma solução de H2O2 com concentração de 0,5% é eficaz na eliminação da SARS-CoV-2. Porém, o tempo de exposição necessário é de um minuto. O álcool em gel, com concentração de etanol de 62% – 71%, é igualmente eficaz na eliminação da SARS-CoV-2 e, embora o tempo de exposição necessário também seja de um minuto, o seu uso certamente é mais prático para a rápida desinfecção das mãos, por exemplo.

A concentração de H2O2 na água oxigenada comumente vendida nas farmácias é de 3% ou 10 volumes. Essa expressão da concentração em volumes tem relação com a quantidade de gás oxigênio que é produzido com a decomposição completa do produto. Sendo assim, se a concentração da água oxigenada é de 10 volumes, por exemplo, significa que 1,0 mL de água oxigenada ao se decompor irá produzir 10,0 mL de oxigênio molecular, medido nas condições normais de temperatura de pressão, 25°C e 1 atm.

Por Prof. Dr. Claudiney Soares Cordeiro

http://lattes.cnpq.br/6924278564981100

A química da água sanitária

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A química da água sanitária

Em tempos de pandemia a falta de conhecimento se torna mortal. Ainda há um número grande de pessoas que acha que a ignorância é uma virtude. Não é! Esta foi uma lição aprendida pela humanidade desde a peste negra durante o século XIV. No século XXI, apesar dos vários avanços das ciências Naturais (Biologia, Física, Química) e Matemática, alguns insistem em colocar em dúvida o conhecimento. Isto não é um bom presságio.

Devido a epidemia COVID-19, se faz necessário um cuidado intensivo com a higiene pessoal, uma vez que este vírus pode permanecer no ar em suspensão, na forma de micro gotas de saliva ou qualquer outra secreção. Usar álcool em gel, hipoclorito de sódio (água sanitária), lavar as mãos com sabão por longo tempo, são algumas das medidas que certamente nos protegem.

Neste artigo iremos explorar, do ponto de vista químico, apenas o hipoclorito de sódio como agente de higienização. Mas antes algumas definições são necessárias:

  • Limpeza – Um objeto limpo é aquele que não apresenta sinais de sujeira quando examinado a olho nu.
  • Desinfecção – Qualquer processo que elimina a maior parte ou todos os agentes patogênicos exceto esporos de bactérias na superfície de objetos inanimados (estes esporos precisam de outros meios para ser eliminados).
  • Esterilização – É um processo que destrói /elimina todas as formas de vida microbiana. Este processo é feito em instalações especiais usando métodos físicos e químicos. Vapor superaquecido, calor seco, óxido de etileno (C2H4O), plasma gasoso com peróxido de hidrogênio são os principais agentes de esterilização usados em hospitais.

Segundo as definições acima, o hipoclorito de sódio (NaOCl) é um agente de desinfecção.

Por volta de 1785 o químico francês Claude Louis Berthollet fabricou em seu laboratório a primeira solução de branqueamento ao passar cloro gasoso em uma solução contendo carbonato de sódio (Na2CO3). Seu laboratório em Paris ficava no “quay Javel” (quarteirão Javel), perto do rio Sena e por muito tempo esta solução foi conhecida como “Eau de Javel” ou Água de Javel. No Brasil é conhecida como Água Sanitária.

Atualmente a hipoclorito de sódio é fabricado de duas maneiras, principalmente:

  • A partir da eletrólise de uma solução de cloreto de sódio onde é produzido cloro gasoso e hidróxido de sódio (NaOH).
  • Passando um fluxo de cloro gasoso em uma solução concentrada de NaOH.

A solução de hipoclorito de sódio é levemente amarelo-esverdeada e com cheiro característico. Um litro desta solução com uma concentração de 5,5% (m/m), ou seja, 55 gramas de  NaOCl em 1000 gramas de água possui uma densidade de 1,1 g/L.  Soluções mais concentradas na ordem de 15-18% são perigosas para serem manipuladas e tem seu uso restrito. No Brasil são vendidas comercialmente soluções com concentrações entre 1,8 até 6%. Marcas diferentes usam concentrações diferentes!

A solução de hipoclorito de sódio está em um equilíbrio químico (mais uma das ideias de Bertholet) onde o NaOCl lentamente se decompõe formando cloro gasoso. Cerca de 0,75 g de cloro gasoso é perdido diariamente destas soluções e esta velocidade depende da temperatura ambiente. As equações abaixo descrevem estes processos (Quadro 1):

Quadro 1. Equações que representam algumas das reações que ocorrem em uma solução de hipoclorito de sódio.

Neste quadro estão representadas as espécies principais que existem em meio aquoso. A equação 1 representa a reação entre o gás cloro Cl2 com o hidróxido de sódio (soda cáustica) dissolvido em água. O equilíbrio tende a se deslocar para a direita, ou seja, para a formação do ácido hipocloroso (HOCl), como produto.  Como o ácido hipocloroso é um ácido fraco o equilíbrio representado pela equação 2 se estabelece rapidamente, formando íons de Na+ e ClO– solvatados por moléculas de água (Quadro 2).

Quadro 2. Representação ilustrando a solvatação de íons sódio e hipoclorito em água

A equação 3 representa o equilíbrio de formação do cloro gasoso dissolvido em água. Por último (equação 4), o equilíbrio que explica a perda de cloro gasoso com a respectiva diminuição da capacidade de desinfecção da água sanitária. Por isto atenção: quando você larga uma garrafa de água sanitária aberta, além de perder a atividade, você respira o cloro gasoso (Cl2) que foi liberado!

Mas, e o que isto tudo tem a haver com o corona vírus? Este vírus pode ser descrito de uma maneira muito simples como uma fita de ácido ribonucleico (RNA em inglês) envolto por uma membrana de gordura (camada lipídica). Não é um ser vivo, pois não possui a capacidade de se multiplicar ou de se “alimentar”. No entanto, ao encontrar uma célula adequada ele injeta seu RNA e captura a máquina reprodutiva celular. Esta célula, agora seguindo as instruções contidas no RNA do vírus, começa a fabricar mais vírus. Cada célula sadia produz cerca de 500 vírus antes de morrer. Bem, como tudo isto se dá dentro do nosso organismo uma das poucas coisas que podemos fazer é evitar o contágio! Distanciamento social é uma medida, a outra é a higiene. Mas como funciona o hipoclorito de sódio como agente de desinfecção?

No quadro acima, vimos os principais equilíbrios que explicam a formação e a degradação (perda de atividade) de uma solução de hipoclorito de sódio.  Por outro lado, mostra a formação do ácido hipocloroso e de cloro, ambos fortes agentes de oxidação. O cloro reage com compostos nitrogenados formando cloro aminas. O RNA contém uma série de aminoácidos, que são compostos contendo nitrogênio em sua estrutura. O ácido hipocloroso e o hipoclorito de sódio são capazes de oxidar álcoois ou aldeídos a ácidos carboxílicos, tornando-os mais solúveis em água. Devido ao pH destas soluções (em torno de 11) uma parte da membrana externa (gordura) pode ser destruída inativando o vírus ou simplesmente destruindo a membrana celular das bactérias tornando assim o processo de desinfecção eficiente.

Conclusão.

Até 1875 a humanidade não conhecia o hipoclorito de sódio. Hoje, 145 anos depois, conhecemos muito sobre as propriedades e usos deste composto químico. Um produto certamente simples, cujo uso pode salvar vidas. É isto que faz a Ciência!

Prof Dr. Alfredo Marques

http://lattes.cnpq.br/6066972937617393

http://www.quimica.ufpr.br/paginas/departamento/docentes/#A

 

A Química e Einstein

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” O cachimbo dá ao sábio o tempo para pensar e ao idiota alguma coisa para pôr na boca.” C.S. Lewis.

Einstein foi sem dúvida um dos maiores cientistas dos últimos 200 anos. Ganhou o prêmio Nobel em 1905 por ter explicado o efeito fotoelétrico, onde a incidência de luz sobre uma placa de selênio modifica sua resistividade. Este efeito já havia sido observado antes, mas foi Einstein que proveu a explicação. Esta história é contada e recontada, mas ninguém explica de onde veio o selênio utilizado. Selênio não dá em árvores ou está espalhado como o silício na forma de dióxido. Na verdade a mineração de selênio é muito trabalhosa e foram os químicos suecos J.J. Berzelius e J.G.Ghan (1817), que possuíam uma fábrica de ácido sulfúrico perto de Gripsholm na Suécia,  os primeiros a isolarem o elemento selênio a partir de 200 kg de pirita (FeS2) contaminada com minerais contendo selênio, retirados de uma mina de cobre, a Falun Mine. Em 1873, ou seja apenas 56 anos após sua descoberta, Willoughby Smith observou que a resistividade de uma pastilha de selênio dependia da quantidade de luz incidente e a partir deste ponto a história segue seu rumo! Ahhh…se não houvesse um químico antes …..

Prof. Dr. Alfredo R .Marques de Oliveira

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