Muitas pessoas conhece o urânio como combustível para usinas nucleares. E embora seja a aplicação mais comum, este elemento também é usado em outros campos, como em tintas, aparelhos médicos e armas. Cientistas do Laboratório de Microbiologia Ambiental (EML) da EPFL fizeram recentemente uma importante descoberta sobre o urânio que pode ter implicações importantes para a remediação do solo e das águas subterrâneas, bem como para o gerenciamento de resíduos radioativos. Essa pesquisa foi publicada na Nature Communications.

O urânio é um metal pesado radioativo encontrado na crosta terrestre e em pequenas concentrações na água, ar, plantas e organismos vivos. Os cientistas da EML estudaram as propriedades do urânio no meio ambiente e fizeram avanços significativos na compreensão de como ele vai de um estado de oxidação a outro, passando de um composto solúvel em água a um mineral estável.

“Geralmente no estado de oxidação +6 o urânio é solúvel e pode, portanto, se espalhar descontroladamente no meio ambiente”, diz Zezhen Pan, um cientista da EML e principal autor do estudo. “Mas no estado de oxidação +4, é menos solúvel e menos móvel. Em nossa pesquisa, fomos capazes de identificar os mecanismos em nanoescala de interação entre o urânio e as partículas de magnetita, um óxido de ferro magnético, para a transição de um estado de oxidação para o outro. Mostramos a persistência do Urânio no estado de oxidação +5, que geralmente é considerado metaestável.”

O mais interessante é que os cientistas também identificaram um fenômeno molecular que ocorre durante a transformação do estado de oxidação +6 para +4: foi descoberto a formação de novos nanofios de nanopartículas (~ 1-2 nm) que se formaram espontaneamente em cadeias. A identificação da estrutura do nanofio pode melhorar a compreensão de como os compostos radioativos se espalham em locais contaminados.

“Essas descobertas são muito promissoras porque fornecem uma visão sobre como os minerais em nanoescala se formam naturalmente por meio de interações na interface água-mineral”, disse Rizlan Bernier-Latmani, chefe do EML. “Agora temos uma melhor compreensão dos mecanismos moleculares que atuam nesse processo.”

O setor de transportes por muitos anos dependeu dos combustíveis fósseis. Devido aos danos que as emissões gasosas trazem para o meio ambiente e pelo fato de não ser um recurso renovável, pouco a pouco procuramos substitui-lo com métodos menos contaminantes e renováveis. Em muitos estudos o elemento lítio encaixa dentro destas condições devido a suas propriedades.

Como o lítio é mais usado em aplicações de energia e transporte, a tendência é aumentar cada vez mais e então, os principais fabricantes de baterias aumentam também seus investimentos para a sua obtenção. Devido a este aumento continuo da demanda, um grupo de pesquisadores estudaram a disponibilidade do lítio a longo prazo, até o ano 2100, e por vários fatores, como a urgência de descarbonizar o setor energético, aumento da população e quantidade de lítio reciclado.

Acreditam que, devido à pouca reciclagem do lítio, o ano de 2050 terá um déficit da oferta de lítio virgem até final do século, e isto poderia ser evitado se o setor de veículos elétricos diminuir a pressão sobre a demanda de lítio. Porém, estudos demonstram que baixas taxas de consumo no setor de energia colocariam em risco os objetivos de diminuição das mudanças climáticas.

Determinaram que o principal motivo do déficit é o uso de baterias íon lítio para o setor de transporte. Diferente de estudos anteriores, esta pesquisa supõe uma alta demanda de lítio para baterias.

O lítio pode em breve se tornar uma ameaça para o futuro da indústria de transporte se não for reduzido sua dependência, se não reciclar ou desenvolver baterias com outros materiais e talvez transporte que não dependa de baterias.

Assim, esta pesquisa nos deixa com algumas incertezas sobre o que seria mais conveniente, continuar usando o elemento para tentar primeiro reduzir as mudanças climáticas e esgotar as reservas de lítio, ou manter as reservas e continuar com as emissões poluentes dos veículos. Isso poderia ser respondido encontrando novas opções de bateria, um sistema de reciclagem adequado e melhorando o desempenho do lítio para usá-lo em menor quantidade.

Esta pesquisa foi publicada na revista Nature.

A matéria mole é um subcampo da matéria condensada, as quais podem ser polímeros, coloides, espumas, cristais líquidos, componentes mesoscópicos e entre outros. Estes tem um estado físico que os permite se deformar com facilidade ao ser aplicada tensões térmicas. Este tipo de material pode ser encontrado em forma de adesivos, lubrificantes, pinturas e alguns biomateriais.

Pesquisadores estão estudando materiais que possa interagir de maneira segura com os seres vivos ou objetos frágeis, e tendo em mente os materiais moles, estão sendo explorados para a fabricação e controle da robótica mole (robótica com materiais moles) por sua flexibilidade. Com isto a robótica mole pode conseguir respostas complexas quando se tem um estimulo externo.

Atualmente, a robótica mole está presa ou depende de fontes de energia externas e sistemas de controle, o que limita suas aplicações na prática. O desenvolvimento de materiais inteligentes moles para que possam transformar a energia externa em mecânica poderia alcançar uma transformação controlável sem limites.

Os pesquisadores prepararam uma bicamada de grafeno e polietileno empilhados (SGA/PE), ao qual antes da variação de temperatura pode se dobrar ou se deformar, sendo essas mudanças reversíveis, o que é comum em filmes de duas camadas. O diferencial do filme de bicamada SGA / PE é que quando o processo de têmpera é aplicado em um espaço limitado ele rola espontaneamente em um rolo, podendo realizar movimento com luz infravermelha.

Esta propriedade deve-se principalmente ao comportamento elastoplástico assimétrico do SGA, que permite ser aplicado em motores e na robótica mole com alta programabilidade. Apesar desses sucessos, ainda existem certas complicações, como o procedimento de síntese, menor programabilidade e velocidade de resposta lenta devido a mecanismos de trabalho dependentes do tempo, como difusão e organização molecular.

Esta pesquisa nos mostra uma estratégia fácil e rentável para o avanço da robótica mole programáveis sem problemas ou sem dependências de algum estimulo como o calor.

Este artigo está publicado na revista Nature.

Segundo a Organização Mundial de Saúde, o câncer foi responsável por 9,6 milhões de mortes em 2018, tornando-se a segunda principal causa de óbitos no mundo. Normalmente, a retirada do tumor por meio de cirurgia é o tratamento mais utilizado para esta doença devido a sua alta eficácia. Porém, o tamanho, o local e o estágio do tumor, além das condições do paciente, limitam a aplicação deste método. Sendo assim, são utilizados tratamentos alternativos e menos invasivos como: radioterapia, terapia fototérmica e quimioterapia. 

A terapia fototérmica e a quimioterapia possuem limitantes no que se diz respeito ao transporte do medicamento até o tumor. O transporte inadequado do fármaco pode acarretar na liberação repentina e desacelerada do mesmo, reduzindo a sua eficácia e causando reações adversas no paciente. Tendo em vista isso, estudos apontam a utilização da celulose como nanocarreadores promissores garantindo uma maior segurança ao paciente. 

A celulose ( é o polímero de maior abundância na Terra, podendo ser de origem animal, vegetal ou bacteriana. Consiste em um polissacarídeo, formado por ligações do tipo   e unidades de  . A sua estabilidade ocorre por meio de ligações de hidrogênio intra e inter-cadeias, nas quais em grande quantidade resultam em ótimas propriedades mecânicas. Além disso, a celulose exibe características importantes como: biodegradabilidade, biocompatibilidade, flexibilidade, transparência, polaridade, termoestabilidade e, por fim,  capacidade de formar géis.  

Na terapia fototérmica, o material é injetado no paciente, se acumulando nas células cancerígenas onde, após uma incidência de luz, o mesmo é aquecido, atacando e eliminando o tumor. Recentemente, o fósforo preto, alótropo do fósforo, foi apresentado como um ótimo agente fototérmico, além de ser biocompatível e biodegradável. Em contrapartida, este material sofre oxidação rapidamente dentro do corpo humano, resultando em uma rápida degradação e um efeito fototérmico heterogêneo. Para isto, é necessário a utilização de um nanocarreador que possua além de resistência mecânica elevada, biocompatibilidade e biodegradabilidade, também não altere a condutividade, a fotoluminescência e as propriedades magnéticas e catalíticas presentes no fósforo preto. Os hidrogéis de celulose se mostraram capazes de preencher todos os requisitos necessários. 

Para exemplificar esta aplicação, podemos citar um estudo realizado na China onde foram fabricados hidrogéis de celulose via rompimento de ligações de hidrogênio da celulose por hidratos. Desta forma, hidrogéis a base de celulose e nanofolhas de fósforo preto (BPNs) foram feitos através da gelificação de cadeias de celulose com o auxílio de um reticulador de epicloridrina na presença de BPNs em água. 

Este sistema, BPNs-celulose, apresentou uma estrutura com poros irregulares, garantindo espaço suficiente para a absorção e preservação de uma grande quantidade de água. Além disso, notou-se que as BPNs ficaram totalmente imersas na estrutura do hidrogel de celulose, o que impediu a oxidação das mesmas. Em relação a toxicidade do sistema, os resultados dos ensaios in vitro e in vivo indicaram não haver nenhuma toxicidade, demonstrando a total biocompatibilidade do sistema. 

Por fim, ensaios utilizando radiação próxima ao infravermelho confirmaram a eficácia de até cerca de 100% para as células testadas para uso deste material para terapias fototérmicas.  

Os resultados apresentados mostram o potencial de utilização de um material abundante na natureza, celulose, para tratamento de doenças que atingem grande parte da população mundial.