Grupo Nanoita
O futebol moderno e a antropotecnologia

Robson Couto da Silva

Doutorando em Engenharia de Produção pela UTFPR

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Se você é uma pessoa que acompanha futebol há bastante tempo, com certeza deve ter percebido a enorme diferença técnica, tática e física entre os jogos disputados em relação ao início da década de 1990 e a maneira que é jogado atualmente. Antigamente, na época do chamado “futebol arte”, jogadores de alto poder de criação, dribles, tabelas e passagem de laterais ou pontas eram frequentes. Porém, havia mais liberdade, espaços vazios e menor obediência a um sistema de marcação. Recentemente, com avanços nas áreas de fisiologia, nutrição e educação física os atletas atingiram uma condição de preparo físico que faz com que o jogo seja de mais contato e o aprimoramento de estratégias e estudo dos adversários dificulta a conclusão a gol. Com isso, temos hoje pouco tempo de reação e curto espaço para armação da jogada. Além disso, com tanta ênfase ao físico, parte do lado técnico é deixada em segundo plano, tanto que não é incomum vermos erros de passes em pequenas distâncias e jogadores com grande dificuldade para dominar a bola.

Com certeza os avanços tecnológicos são importantes para o crescimento do desempenho nos esportes, porém deve-se ressaltar que à medida que eles ocorrem novas adequações para preservar a qualidade do espetáculo também deveriam ser aplicadas em paralelo. Existe uma ciência chamada de antropotecnologia que fala da necessidade da adaptação das tecnologias para uma população considerando a influência de fatores geográficos, econômicos, sociológicos e antropológicos. Fazendo uma analogia a essa ciência, será que mudanças no futebol que acompanhem os novos avanços não poderiam ser benéficas para permitir jogos com mais finalizações e gols?

Essa alteração nas regras visando deixar o esporte mais dinâmico e melhor tanto para os atletas, expectadores e meios de comunicação já foi realizada em outros esportes como no voleibol onde os intermináveis jogos que contavam com os pontos obtidos após a vantagem, ou seja, o ponto marcado somente quando se vencia após o saque, foram substituídos por pontos corridos. Além disso, inseriu-se um especialista em defesa, o líbero, para aumentar o número de ralis. Também não existe mais saque queimado e, ultimamente, foi implantado o desafio, para eliminar as dúvidas de arbitragem. Aliás, o desafio já é utilizado no tênis com o nome de hawk-eye desde 2007 nos torneios de Grand Slam.

Mas, voltando ao futebol, algumas modificações nas regras chegaram a ser implantadas com sucesso como a proibição de o goleiro pegar com as mãos uma bola recuada ou o impedimento ser marcado a partir da mesma linha do defensor. Porém, novas medidas ainda se fazem necessárias, pois, cada vez mais, temos times preocupados em se defender e “jogar por uma bola” do que buscando o ataque. Pior do que isso, o uso constante do antijogo para evitar o avanço do adversário deixa a disputa cansativa e sem emoção.

Algumas medidas poderiam deixar o jogo mais dinâmico como reduzir a zona de impedimento que hoje ocorre a partir da linha de meio campo para uma linha mais próxima da grande área. Em relação ao antijogo, se tivéssemos um período cronometrado com dois tempos de 30 minutos (já que a FIFA sugere um ideal de 60 minutos de bola rolando), assim como ocorre no futebol de salão, se acabariam as demoras em substituições e atendimentos médicos desnecessários. E que tal limitar o número de faltas por atleta como no basquetebol? Dessa forma o defensor ia ter que melhorar tecnicamente e jogar com mais inteligência do que ficar distribuindo carrinhos inadvertidamente, além da provável redução de contusões por jogadas desleais. O sistema de árbitro de vídeo (VAR), que está sendo testado nessa copa do mundo, seria muito mais interessante se cada time tivesse a opção de escolher o lance que gostaria de reavaliar, com isso, acabaria com a subjetividade de quando utilizar a técnica. É claro que o número de utilizações do recurso deve ser limitado a uma ou duas vezes por tempo para não se terem paradas em demasia.

Outras opções como aumentar o número de substituições por jogo, permitindo maiores variações táticas e disputas de pênaltis em empates para que somente o vencedor dessa disputa ficasse com o ponto (assim como no Campeonato Paulista de 2001) também incentivariam a busca pela vitória.

É claro que muitas dessas propostas não agradam a todos ou ainda são inviáveis, mas com certeza a discussão do tema pode trazer melhores sugestões e aprimoramentos, pois sem uma devida adaptação correremos o risco de tantos avanços acabarem por tornar raro o melhor momento do futebol que é o bom e velho grito de gol!

Morrer de amor

Gilberto Baroni

Professor do Departamento de Medicina e diretor técnico do Hospital Universitário da UEPG

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Não é de se estranhar que a ciência descubra, tardiamente, o que a sabedoria popular ou a literatura já sabiam há muito tempo.

Quantos poetas, ao longo do tempo, afirmavam nas suas dores mais profundas, a possibilidade de se morrer de amor. A sabedoria popular, traduzida em frases comuns, também no diz sobre a possibilidade de se morrer de raiva, de ódio ou de susto.

A literatura científica identificou há muito tempo a relação entre se ter amor ou a falta dele, ou outras emoções intensas e a possibilidade de morrer. Quadros depressivos, tendo como fatores precipitantes ou agravantes, são reconhecidas causas de óbito, seja diretamente por suicídio, seja por uso de álcool e drogas, ou mesmo por negligência no cuidado de si mesmo.

Outra causa de morte relacionada à forte emoção foi descrita mais recentemente. Trata-se de uma doença cardíaca, que em quase tudo se assemelha ao infarto do miocárdio. Os pacientes apresentam dor intensa no peito, igual a do ataque cardíaco, associadas a outras alterações sugestivas de infarto, incluindo as mudanças no eletrocardiograma. Queda de pressão arterial e distúrbios do ritmo cardíaco também ocorrem, em tudo se assemelhando a uma doença coronariana. No entanto, estes pacientes, uma vez submetidos a um cateterismo cardíaco, não apresentam qualquer alteração na circulação cardíaca, mas uma modificação no formato do coração, típico desta doença, muito parecida com a armadilha japonesa para polvos, que é uma espécie de vaso ou pote com o formato de uma boca estreita e corpo arredondado, que é muito maior que a boca, chamada de Takotsubo. Por isso, essa doença cardíaca foi chamada de Síndrome de Takotsubo.  A doença é grave, podendo ser fatal. É ocasionada por fortes emoções, incluindo perda do parceiro, por isto também foi chamada Síndrome do coração partido. A maioria dos pacientes, que são predominantemente mulheres, se recupera, mas em até 20% dos casos permanecem sequelas, especialmente insuficiência cardíaca.

Takotsubo, uma doença grave, uma armadilha para polvos, que mata de amor.

Reatores de emoções

Robson Couto da Silva

Doutorando em Engenharia de Produção pela UTFPR

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É muito comum em certos dias estarmos sem disposição ou tristes, mesmo que para nós, não exista nenhum motivo aparente. Em alguns momentos uma brincadeira nos faz rir e em outros instantes nos faz olhar aquele gesto como algo insuportável. Transtorno de comportamento? Não, na verdade somos influenciados em nossas ações por substâncias químicas chamadas de hormônios fabricadas por nosso organismo.

Os hormônios são moléculas orgânicas que, quando liberadas em nossa corrente sanguínea, provocam efeitos estimulantes ou inibitórios em órgãos ou partes do corpo. Talvez um dos hormônios cujos efeitos fisiológicos sejam mais conhecidos é a adrenalina, liberada em momentos de alerta ou perigo. Esse hormônio provoca aceleração de batimentos cardíacos levando mais sangue para os músculos, estimulando maior produção de energia e trazendo respostas mais rápidas, além de abrir brônquios e dilatar pupilas. Tudo isso para que o corpo esteja apto a se defender com maior eficiência.

Em relação ao nosso humor, um dos hormônios de destaque é a endorfina. Ela é produzida pela glândula hipófise e atua como um analgésico levando a sensação de bem-estar e alegria, reduzindo efeitos de depressão. Quando se tem níveis baixos desse hormônio se observa grande irritabilidade e ansiedade. O interessante é que a produção desse hormônio pode ser catalisada por hábitos do nosso cotidiano como comer, fazer exercícios, ter relações sexuais e dar risadas. Logo, se você anda estressado, já passou da hora de reservar uma parte do seu tempo em uma atividade que você goste, pois isso estimulará a liberação desse hormônio e com ele a sensação de prazer, aumentando com isso sua qualidade de vida.

Outro hormônio que mexe com nosso humor é a serotonina. Ela é produzida no sistema nervoso central e no sistema digestório e atua como um neurotransmissor que inibe o comportamento agressivo, além de regular funções como sono, temperatura corporal, atividades cognitivas e apetite. Os baixos índices desse hormônio trazem efeitos como insônia, enxaquecas, ansiedade. Sabe aquela vontade louca de comer doces e carboidratos? A serotonina também pode causar dificuldade no aprendizado, sensação de cansaço e maior libido. Para o aumento dos níveis da serotonina é importante o consumo de alimentos como carnes magras, leite, verduras, tomate, banana, abacaxi, vinho tinto, chocolate e fontes de ômega 3. Porém, deve-se evitar gorduras saturadas e o excesso de cafeína. Uma curiosidade sobre a serotonina é que ela é condicionada pela luz solar e, dessa forma, é comum uma sensação de desestímulo no inverno e bem-estar no verão. Por isso, pequenas exposições diárias de sol são fundamentais para dias mais felizes. Que tal um vinho e um chocolate na lua de mel? Haja serotonina.

Nossa sensação de felicidade também é influenciada pelo hormônio chamado de dopamina. Esse hormônio é produzido no cérebro e igualmente atua como um neurotransmissor que regula nosso humor. Além disso, controla a memória e alguns movimentos, tanto que níveis inadequados em demasia estão relacionados com distúrbios como o mal de Parkinson e a esquizofrenia. Uma característica da dopamina é que ela ativa uma percepção relacionada à recompensa, trazendo uma sensação de prazer. É esse sentimento que causa a satisfação temporária em muitas drogas viciantes, álcool e cigarros. A deficiência da dopamina provoca nas pessoas baixa memória além da sensação de desânimo, onde não se tem prazer em nada, e comportamento sempre defensivo que pode levar à agressividade. Alimentos que podem aumentar seus níveis são a soja, peixes, amendoim, abacate, banana e vegetais de folhas verdes.

Além dos hormônios citados existe um grande número de outros que atuam em nosso organismo como a noradrenalina que também atua no humor e a ocitocina que promove a empatia entre pessoas. Dessa forma, não seria um exagero se afirmássemos que nosso corpo se assemelha a um grande reator químico catalisado por nossos hábitos alimentares e comportamentais. Isso tudo, aliado à nossa cultura e experiências, confirma o quanto existe de individualidade em cada pessoa e o como é complexo e difícil entender o ser humano. Por isso, enfatiza-se a necessidade de tolerância entre as pessoas, pois somente assim evitaremos que essas reações sejam explosivas!

Heterogeneidade, o melhor para se testar algo

Giovani Marino Favero

Doutorado em Alergia e Imunopatologia pela USP

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Recentemente estive em um congresso de Oncologia nos Estados Unidos da América. Chegando ao hotel um simpático recepcionista, ao ver meu nome na tela do computador, me cumprimentou em italiano, devido à origem do meu nome e sobrenome. Respondi que era brasileiro descendente de italianos. Ele fez uma cara pensativa. Para continuar a conversa, reconhecendo um inglês não nativo perguntei de que país ele era, ele me respondeu com outra pergunta: de que país eu achava que ele era? Em um momento em que o pensamento é absurdamente rápido refleti em várias coisas sobre população, imigração e medicamentos.

O Brasil é o país mais miscigenado do mundo, acredita-se que os primeiros habitantes, nossos índios, vieram da Ásia no período glacial. Muito tempo depois, cerca de 700 mil portugueses imigraram no período colonial. Aproximadamente 3,5 milhões de africanos, 1,5 milhão de italianos, um pouco menos de um milhão de portugueses novamente, espanhóis, alemães, menos de meio milhão de eslavos, japoneses, sírios, chineses e continuamos recebendo pessoas do mundo todo. Particularmente, acho isso maravilhoso.

Cada povo tem a sua particularidade, não apenas cultural, mas em relação à saúde e doenças também. É sabido, por exemplo, que os negros têm mais problemas de pressão alta, que os asiáticos são mais propensos aos cânceres de estômago e próstata, que os caucasianos a doenças de pele, judeus a doenças autoimunes, dentre outros.

O desenvolvimento de um medicamento passa por várias etapas, fazendo com que o tempo desde a ideia inicial até a prateleira da farmácia, chegue a durar décadas. Resumidamente, após um elaborado estudo teórico, iniciam-se as pesquisas químicas in vitro, termo utilizado para experimentos com células e/ou fragmentos de tecido/células isolados. Após essas etapas parte-se para o teste em animais. As primeiras análises de funcionalidade de um novo composto são realizadas geralmente em camundongos isogênicos, ou seja, iguais. Utilizam-se vários animaizinhos que são geneticamente parecidos. Havendo ação, procura-se testar em outras espécies e, se possível, em modelos heterogêneos, onde não há a igualdade observada no experimento anterior.

O uso em humanos, hoje, é realizado em centros especializados após uma ampla avaliação por Comissões Científicas e Comitês de Ética e sempre com o acompanhamento médico. Interessantemente, os grupos costumam ser restritos por idades, peso, comportamento alimentar/social/ambiental. No final dos anos 90 vários medicamentos mostraram eficácia para determinados grupos apenas, um exemplo que entrou no mercado americano no inicio deste século é o Bidil, uma droga específica para afrodescendentes com pressão alta.

Pensando em uma ampla utilização dos novos remédios, a indústria, por um tempo, modificou a sua estratégia, fazendo os grupos específicos, mas em paralelo usando grupos mesclados. Por volta do ano 2000, medicamentos extremamente eficazes para a inflamação entraram no mercado mundial, porém, o primeiro deles, após quase dois anos de uso foi retirado do comércio, pois havia sido relacionado a ataques cardíacos. Em 2003, um novo produto dessa geração foi lançado, após aprovação no FDA (órgão americano de controle de comidas e medicamentos) e da ANVISA (versão tupiniquim do FDA), apenas no Brasil e México. A droga foi comercializada nesses dois países por dois anos e retirada no mercado, nunca havendo entrada no mercado Europeu ou Americano. Por que Brasil e México? Simples. O primeiro e o segundo país mais miscigenados no mundo. Se funcionar conosco, provavelmente teria maior comércio. A mesma estratégia foi utilizada para uma droga contra disfunção erétil, nesse caso, após Brasil e México utilizarem por um período, foi recomendado para o resto do mundo.

Voltando ao recepcionista que me questionou se eu imaginava de onde ele era, respondi:

− Para mim todos se parecem brasileiros.

 

O mundo dos materiais compósitos

Há um mês estamos falando sobre os materiais e já destacamos as propriedades e aplicações dos metais, dos polímeros e das cerâmicas. Também vimos que suas microestruturas permitem a obtenção de características bastante importantes para diferentes finalidades. Porém, cada classe apresenta também algumas desvantagens que limitam seu uso. Por exemplo, os metais são materiais com alta densidade o que leva a produtos pesados, além disso, são suscetíveis à corrosão. A baixa resistência química e a temperatura são fatores prejudiciais à performance dos polímeros. Finalmente, todos os materiais cerâmicos são frágeis, restringindo a utilização em sistemas onde se têm impactos ou vibrações.

Procurando diminuir esses efeitos negativos e aproveitar as melhores propriedades de cada uma das três classes tem-se uma nova categoria chamada de compósitos ou materiais conjugados. Este grupo consiste na combinação dos diferentes tipos de materiais, permitindo resultados que não poderiam ser atingidos individualmente.

Um dos exemplos mais comuns em nosso cotidiano é o polímero reforçado com fibra de vidro, ou simplesmente fibra de vidro, que consiste em uma resina de poliéster que envolve finos filamentos de vidro. Esse material alia baixo peso à boa resistência mecânica, além de possuir a vantagem de permitir a confecção de peças com geometrias complexas e bom acabamento estético. É utilizado na indústria de aviação, construção civil, automotiva, náutica, entre outras.

A parte contínua majoritária de um compósito é chamada de matriz, enquanto que a parte adicionada com intuito de aprimoramento nas propriedades é chamada de fase dispersa. O grau de melhoria obtida pelo material é função da geometria, dimensões, quantidade, distribuição e orientação da fase dispersa, bem como de sua adesão e acoplamento na matriz.

Outro material conjugado bastante comum é o concreto armado. Nele a matriz de cimento é misturada a agregados (areia e pedra brita) e posteriormente são introduzidas barras de aço. Com isso alia-se a resistência à compressão do concreto à resistência à tração do aço.

Os polímeros reforçados com fibra de carbono são compósitos que permitem aplicações de alto desempenho como fuselagem de aviões, carros de corrida, raquetes de tênis, quadros de bicicletas, varas de pesca, entre outros, devido a rigidez e resistência elevadas, além de baixo peso. O custo de fabricação é ainda o grande limitante do uso mais frequente desse material.

Novas tecnologias no processo de fabricação dos materiais vêm sendo propostas justamente para viabilizar o uso de compósitos para aplicações especiais. A revista NPG Asia Materials, do grupo Nature, trouxe no mês passado o uso de impressão 3D para fabricar uma estrutura porosa de um compósito de ferro e silicato de cálcio (Fe-CaSiO3) para tratamento e reconstituição de tecidos ósseos corticais cancerosos. O compósito promoveu a formação de ossos in vivo tendo também bons resultados quanto à resistência mecânica, sendo uma nova opção de biomaterial para tratamento de câncer nos ossos.

Assim, as inovações tecnológicas permitem que a cada dia tenhamos novos materiais e processos com potencial para aplicações que trarão grande benefício às nossas vidas. Porém, a escassez de recursos e de energia, além da grande quantidade de resíduos gerados de maneira cada vez mais acelerada, faz com que os novos desenvolvimentos considerem também um novo aspecto: a sustentabilidade. Dessa forma, além de propriedades e desempenho que atuam na viabilidade econômica de um produto, deve-se considerar também o caráter ambiental e social. Mas isso é um novo tema para tratarmos em outro artigo!

 

O mundo dos materiais cerâmicos

Doutorando em Engenharia de Produção pela UTFPR

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Dando continuidade ao assunto do mundo dos materiais, vamos abordar uma classe em uso pelo homem desde a idade da pedra, os chamados materiais cerâmicos. Cerâmica é uma palavra grega que significa argila queimada. O homem havia descoberto que esses materiais podiam ser modelados quando misturados com água e adquiriam resistência quando passavam por um tratamento térmico a elevadas temperaturas.

Na Europa Central estão os sítios arqueológicos mais antigos onde as cerâmicas foram encontradas e datam de mais de 20.000 anos atrás. Posteriormente esses materiais foram difundidos no Japão, China e Egito.

As matérias-primas cerâmicas foram constituídas a partir do resfriamento do magma do interior do planeta Terra, dando origem às rochas chamadas de magmáticas. Essas rochas, após sofrerem ação de temperatura, pressão, intemperismo e transporte, formaram as rochas metamórficas e sedimentares. O tipo de transformação a que essas rochas foram submetidas ao longo de sua formação geológica promoveu o surgimento de diferentes minerais. Gerou-se com isso alterações na composição química, cristalinidade, dureza, cor, textura e tamanho de partículas, o que de certa forma direciona seu uso.

Até a metade do século passado a aplicação das cerâmicas era concentrada na fabricação de louças, porcelanas, telhas, tijolos, azulejos, vidros e refratários. Porém, recentemente houve grandes avanços na compreensão desses materiais, permitindo muitos progressos que levaram à obtenção de uma nova geração de produtos com propriedades únicas. Isso fez com que as aplicações fossem estendidas para ramos como eletrônica, computação, comunicação, indústria aeroespacial, biomateriais, usinagem de precisão, sensores e separação química, entre outras.

Observando esses materiais quanto à sua microestrutura, os materiais cerâmicos apresentam estruturas complexas entre os elementos químicos chamados de metálicos e também os não metálicos, podendo formar óxidos, carbetos, nitretos, fluoretos e sulfetos entre outros. São formados predominantemente pelas fortes ligações iônicas, o que reflete em suas elevadas temperaturas de fusão, dureza e rigidez. Esse tipo de ligação também faz com que as cerâmicas sejam convencionalmente excelentes isolantes térmicos e elétricos. Porém, propicia um comportamento frágil ao material, o qual é a maior limitação dessa classe de materiais.

Apesar de seu caráter isolante, as cerâmicas quando formuladas e processadas adequadamente podem adquirir a propriedade de semicondutores elétricos. Isso permite a fabricação de transistores, capacitores e diodos utilizados em circuitos eletrônicos. Assim, esses materiais estão presentes em produtos que vão desde um simples controle remoto de TV até nos computadores mais modernos.

As aplicações especiais das cerâmicas não param por aí. Existem as fibras óticas que permitem transferência de dados com maiores velocidades e com menores interferências. A resistência à temperatura desses materiais permite que sejam utilizados nas carcaças e bicos de ônibus espaciais, protegendo a estrutura na reentrada em nossa atmosfera. A fabricação de próteses a partir de biomateriais está cada vez mais ganhando espaço para regeneração óssea. Além disso, podem-se destacar componentes automotivos, células para energia solar, filtros, lentes, fitas magnéticas de cartões de crédito, entre tantos outros possíveis usos.

Um dos estudos mais desafiadores no mundo das cerâmicas está na obtenção de materiais supercondutores (condução elétrica sem resistência) em temperatura ambiente o que revolucionaria o sistema de geração de energia em nosso planeta. Ao mesmo tempo em que as cerâmicas já fizeram parte do nosso passado histórico, é improvável se falar de inovações futuras sem a presença dessa classe de materiais.

Falando ainda em materiais do futuro, e se pudéssemos mesclar as propriedades de metais, polímeros e cerâmicas? É nesse ponto que surgem os materiais compósitos, tema de nosso próximo artigo. Até a próxima semana!

O mundo dos materiais poliméricos

Doutorando em Engenharia de Produção pela UTFPR

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Hoje falaremos da mais recente classe dos materiais desenvolvida pelo homem, os chamados materiais poliméricos. Consistem nos plásticos, resinas, fibras, espumas e borrachas sintéticas, que são indispensáveis em nosso cotidiano.

A palavra polímero vem do grego e significa muitas partes. Os materiais poliméricos são formados pela repetição sucessiva de pequenas moléculas orgânicas, formando cadeias que podem ser extremamente longas e com elevadas massas molares. Na química, as massas molares são os “pesos teóricos” das substâncias. Por exemplo, uma molécula de propileno (gás obtido do craqueamento do petróleo), a partir de um processo químico chamado de polimerização produz o plástico conhecido como polipropileno usado em brinquedos, tampas de shampoo e potes para sorvete. Nesse caso, parte-se de uma molécula com massa molar de 42,08 g/mol para uma macromolécula com massa molar média superior a 10.000 g/mol, que são as longas cadeias.

Muitos polímeros são encontrados na natureza e podem ter origem nas plantas e nos animais, tais como: látex, algodão, proteínas e enzimas. Porém, o primeiro polímero sintético, o nitrato de celulose, somente foi desenvolvido no final do século XIX. Naquela época, artefatos como cabos de facas, teclados de piano e bolas de bilhar eram feitos do marfim de elefantes. O polímero substituiu os marfins para essas aplicações, colaborando muito na redução da caça ao animal. Também era utilizado para a fabricação de dentaduras e de películas de filmes cinematográficos e fotográficos.

Posteriormente, novos conhecimentos em química orgânica e avanços tecnológicos permitiram a síntese e produção em larga escala de uma grande quantidade de polímeros. Desta forma surgiu o polietileno, utilizado em embalagens de sacos de arroz e frascos de cosméticos, o PVC empregado em tubulações e revestimento de fios elétricos, o PET para garrafas de refrigerantes, o politetrafluoretileno (Teflon®) aplicado em superfícies antiaderentes de panelas, o poliacetato de vinila das colas e adesivos e muitos outros.

Como já mencionamos os polímeros possuem enormes cadeias em sua estrutura que são constituídas por átomos de carbono unidos por ligações químicas chamadas de covalentes, aquelas que os elétrons são compartilhados. Essas cadeias carbônicas podem se configurar de maneira retilínea ou ainda sofrer entrelaçamento, rotações e torções nas três dimensões. Para entender isso, imagine um novelo de lã espalhado. Além disso, nessa cadeia principal podem ser inseridas ramificações que interferem em seu movimento e embaraçamento.

Assim, as características dos polímeros estão intimamente ligadas às suas massas molares além dos tipos e quantidades de ramificações presentes na estrutura. Esses parâmetros alteram propriedades como resistência mecânica, comportamento elástico, fluidez, densidade e cristalinidade. Com isso, têm-se materiais com estrutura rígida e excelentes propriedades dimensionais como as poliamidas (Nylon®) que permitem a fabricação de engrenagens. Há também aqueles que atuam como isolantes termoacústicos como as espumas de poliuretano e os polímeros capazes de formar fibras com resistência superior a do aço como as de poliaramida (Kevlar®) que são aplicadas em coletes à prova de bala. A transparência é outra propriedade possível, como no caso do polimetacrilato de metila (acrílico) utilizado em lanternas de carros e janelas de aviões.

A grande vantagem dos materiais poliméricos está na facilidade de moldagem para fabricação de produtos com baixos custos em processos como injeção, extrusão e sopro. Porém, tem-se na resistência química sua principal desvantagem, visto que são degradados pela radiação ultravioleta emitida pelo sol. Outra limitação está na baixa temperatura de uso já que em temperaturas na faixa de 100 oC a maioria desses materiais amolece ou sofre deformações estruturais. Por isso, quando necessitamos de resistência à temperatura devemos falar de outra classe, essencial em foguetes e ônibus espaciais: são os materiais cerâmicos. Até a próxima semana!

O mundo dos materiais metálicos

Robson Couto da Silva

Doutorando em Engenharia de Produção pela UTFPR

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Na semana passada apresentamos o conceito de materiais e subdividimos em três classes principais. Hoje falaremos de uma dessas classes: os materiais metálicos. Os metais começaram a ser manipulados pelo homem há cerca de 6,5 mil anos (4.500 a.C.), no final da pré-história.

Os primeiros metais utilizados que se têm registro foram o cobre, a prata e o ouro por serem encontrados na natureza na forma nativa como pepitas. Inicialmente, esses materiais eram utilizados na confecção de joias e artefatos martelados a frio. Há cerca de 6 mil anos o homem adquiriu a habilidade de derreter e conformar o cobre em moldes de pedra ou argila para fabricar armas e ferramentas, além de descobrir que esse metal podia ser extraído de minerais por meio da fusão.

Iniciava-se com o cobre a “idade dos metais”, dando origem à metalurgia. Posteriormente, foi descoberta a possibilidade de melhorar as propriedades do cobre a partir de uma mistura com o estanho. Teve-se então a criação das primeiras ligas com a produção do material chamado de bronze, que deu nome à nova idade cronológica de nossa história. Após alguns séculos, o homem, que já tinha grande domínio da metalurgia, passou a trabalhar com o ferro. Isso permitiu tanto a fabricação de armas mais resistentes como ferramentas agrícolas, como exemplo, o arado de metal e as enxadas, que proporcionaram um grande aumento na produção de alimentos. Essa época, chamada de idade do ferro, pôs fim à idade dos metais, mas os conhecimentos e avanços nesses materiais somente aumentaram e hoje temos os mais variados tipos de ligas que permitem alcançarmos muitas aplicações distintas devido às suas características desejáveis.

Saindo um pouco do contexto histórico, para entendermos mais sobre as propriedades dos metais temos que falar sobre seus aspectos microestruturais. Esses materiais são encontrados na parte central da tabela periódica, chamados de metais de transição e se organizam em arranjos cúbicos ou hexagonais. São constituídos predominantemente de um tipo de ligação química chamada de ligação metálica, onde os elétrons de valência estão livres para se movimentar por todo metal. Isso proporciona a natureza de bons condutores de calor e eletricidade, além de sua maleabilidade.

Os metais mais utilizados atualmente são as ligas de aço e ferro fundido, compostas por ferro e carbono. Outros elementos de liga podem ser adicionados para aprimoramento de algumas propriedades como o cromo e níquel que produzem os bastante conhecidos aços inoxidáveis, que apresentam maior resistência à corrosão. Ligas de cobre (bronze e latão), alumínio e titânio também são largamente utilizadas em nosso cotidiano.

À medida que alteramos a matriz metálica e seus elementos de liga promovemos alterações microestruturais que refletem em propriedades como resistência mecânica, ductilidade, tenacidade, densidade, entre outras. Além disso, diversas rotas de fabricação, de tratamentos térmicos e superficiais permitem modificações drásticas em muitas características para que se atinja uma determinada especialidade industrial.

Os conhecimentos na área dos metais progrediram muito no último século, de modo que hoje conseguimos entender melhor, por exemplo, a tragédia ocorrida com o navio Titanic em 1912. Estudos do casco do navio indicaram que o aço utilizado possuía tamanho de grãos e proporções de fósforo muito elevadas em relação aos aços modernos. Para se ter uma ideia, esse aço apresentava uma transição onde passava a ter um comportamento frágil a 32 oC, então, jamais poderia ser utilizado em águas frias como as do Atlântico Norte, as quais chegavam a -2 oC! Atualmente os aços apresentam essa transição abaixo de -20 oC. Então, caso essa tecnologia fosse conhecida na época, a rota do navio poderia ter sido outra, ou pelo menos o tempo de naufrágio poderia ser muito superior, permitindo a chegada de socorro capaz de evitar as mais de 1.500 mortes ocorridas.

Saindo do mundo dos metais, falaremos na próxima semana dos materiais poliméricos, cada vez mais presentes em nossas vidas!

O mundo dos materiais

 

 

A palavra material surgiu do latim materialis e significa algo que pode ser relativo à matéria ou formado por ela. Dessa forma, os materiais nada mais são que todas as partículas constituídas de massa que compõem os corpos sólidos, líquidos e gasosos.

A Engenharia e Ciência de Materiais é o ramo que estuda os materiais sólidos, subdividindo-os em três principais classes de acordo com suas propriedades físico-químicas: materiais metálicos, poliméricos e cerâmicos.

Interagimos com essas diferentes classes de materiais em nosso cotidiano e muitas vezes não nos damos conta do quanto variam suas características. Por exemplo, o leitor já parou para pensar por que enxergamos através de alguns materiais e de outros não, ou qual a razão de um material conduzir calor ou eletricidade e outro ser isolante? Alguns materiais podem formar estruturas com baixo peso enquanto outros são extremamente pesados mesmo em pequenas quantidades. Existem materiais rígidos e extremamente resistentes enquanto outros não são capazes de suportar pequenos esforços ou ainda podem ser alongados em mais do que 200% de seu tamanho original. A que se deve tamanha distinção nessas propriedades?

Toda essa variação está relacionada à parte microestrutural, que compreende a composição, caráter de ligações químicas e cristalinidade do material e também ao seu processamento, o qual se refere à sua rota de obtenção.

As possíveis modificações nesses parâmetros são capazes de trazer alterações representativas nas propriedades dos materiais. Um exemplo bastante ilustrativo disso está na comparação entre o diamante e o grafite. Ambos são compostos unicamente constituídos por átomos de carbono, porém, o primeiro é o material com a maior dureza e abrasividade conhecida pelo homem enquanto que o segundo é extremamente macio e tem propriedades lubrificantes. Isso ocorre devido a diferentes sistemas de cristalização e ligações químicas presentes nessas duas estruturas.

E se eu lhe afirmasse que o plástico utilizado para fabricar as réguas escolares é exatamente o mesmo material das caixas de isopor usadas para conservar a temperatura da cerveja? Nesse caso, o processo de fabricação faz com que se passe de um material transparente e quebradiço para um opaco que se destaca pela baixa densidade e capacidade de isolamento térmico.

O mesmo material também pode ser destinado para aplicações bastante distintas. O policarbonato, utilizado para fabricar CDs e DVDs é também o material empregado na fabricação dos escudos de proteção dos policiais. O caulim, um tipo de argila de coloração clara encontrada na natureza, pode ser utilizado em porcelanas, papel, tintas, fibra de vidro e até mesmo cosméticos.

De uma maneira geral, é muita vasta e complexa a gama de propriedades e aplicações que se têm em mais de 50 mil diferentes tipos de materiais disponíveis. Nas próximas semanas discutiremos individualmente cada uma das classes de materiais, tentando explicar um pouco mais sobre suas características e os avanços que permitiram que chegássemos a muitas das inovações do presente, além de seu potencial para novas tecnologias no futuro. Iniciaremos pelos materiais metálicos, onde os conhecimentos atuais poderiam ter evitado grandes desastres como, por exemplo, o naufrágio do Titanic. Até lá!

 

Robson Couto da Silva é Doutorando em Engenharia de Produção pela UTFPR

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Papanicolau, o péssimo vendedor de tapetes que revolucionou o tratamento do câncer

 

Doutorado em Alergia e Imunopatologia pela USP

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O exame de Papanicolau chama a atenção pelo nome, que no imaginário popular pode até ser confundido como religioso, porém é um teste simples, que na visão de muitos pesquisadores, salvou mais vidas de mulheres em todo o mundo nas últimas décadas.

Esse procedimento é realizado para a prevenção do câncer de colo (cérvix) do útero e é rotina de saúde pública no mundo todo, principalmente a partir da década de 1970. Por sinal nessa década esse tipo de tumor era o mais comum e letal a acometer mulheres em todo o mundo; hoje é o quarto, graças à popularização e realização desse exame rotineiramente. Para se ter uma ideia, no Reino Unido, o índice de morte por esse câncer caiu 72% em relação à década de 1970, no Brasil cerca de 40% de declínio comparado à mesma época.

George Papanicolau, nascido na Grécia, estudou Medicina em Atenas e posteriormente Zoologia em Munique. Em 1913, mudou-se para Nova Iorque (NY), onde não conseguiu emprego na sua área de atuação, tendo que trabalhar como vendedor de tapetes para manter a família. Os indivíduos que o conheceram nessa época comentaram que George era um péssimo vendedor. Felizmente, após meses nesse trabalho do comércio, ele conseguiu um posto na Universidade de Cornell (NY).

Seu primeiro objeto de estudo foi estudar o ciclo menstrual de porquinhas-da-índia, espécie cujo sangramento durante o ciclo menstrual não é visível. A sua primeira descoberta foi a variação nas formas das células e do tecido cervical relacionando com à variação hormonal.

No final da década de 1920 ele estendeu a sua técnica de coloração do esfregaço cervical para humanos. Aqui, dizem os relatos, que Maria, sua mulher, em uma rara demonstração de amor incondicional, submetia-se à coleta todos os dias para avaliação do tecido do colo do útero.

Assim como nas cobaias, era possível determinar a fase do ciclo menstrual da mulher através da avaliação das células do colo uterino. A rigidez da comunidade científica fez críticas a uma descoberta que não mudava em nada a rotina das pessoas, já que as mulheres por natureza já faziam o controle do ciclo. Esse fato levou Papanicolau a um momento de grande desânimo.

Foi-se uma década estudando esfregaços de colo do útero normais, até ele ligar uma chave e resolver estudar condições de doença no colo. Trabalhou com vários tipos de condições anormais ginecológicas.

Em relação ao câncer, como ele comentou inicialmente, liberava células normais e anômalas (bizarras), com núcleos inchados e outras características.

A empolgação com essa descoberta o empolgou novamente e, em 1928, publicou um artigo intitulado “Novo diagnóstico de câncer”. Porém, a inflexibilidade dos colegas da época fazia com que os clínicos preferissem uma biópsia de colo do que um esfregaço com coloração de Papanicolau.

Assim, de 1928-1950, George realizou inúmeras pesquisas na área, mas sempre frustrado pela diminuição de suas descobertas pela comunidade médico-científica.

No Natal de 1950 ele foi desafiado por um jovem ginecologista bêbado a explicar para que servia o exame. Em um momento de revelação, Papanicolau verbalizou que o teste tinha um valor preventivo. Aquilo foi o estopim que faltava.

Em 1952, Papanicolau convenceu o Instituto Nacional do Câncer americano a fazer um grande estudo. A cidade de Shelby, no Tenesse, foi a escolhida. Foram realizados 150 mil exames, no auge da pesquisa eram feitos mil esfregaços por dia. Esse estudo apontou 555 mulheres com câncer cervical invasivo, porém foi capaz de identificar 557 com câncer cervical pré-invasivo, ou seja, assintomáticos e curáveis.

A partir desse estudo o mundo passou a adotar essa técnica simples e que foi capaz de evitar a morte de milhares de mulheres nessas últimas décadas. Essa estratégia de descoberta da doença em estágios iniciais revolucionou o tratamento de diferentes tipos de câncer.