ArticlePDF Available

Uso do grafeno e nióbio na prática médica: uma revisão narrativa de literatura

Authors:

Abstract

Introdução: Os chamados nanomateriais são considerados por muitos, materiais que possuem sua estrutura restrita a dimensões de 1 a 100 nm. Os nanomateriais apresentam uma extensa faixa de aplicações como na biomedicina, na área de alimentos e agricultura, drogas e vacinas e principalmente na catálise. Objetivo: evidenciar as aplicações dos nanomateriais grafeno e nióbio na medicina, ressaltando seus resultados promissores nesse campo. Metodologia: Trata-se de uma pesquisa descritiva do tipo revisão narrativa da literatura. A pesquisa foi realizada através do acesso online nas bases de dados National Library of Medicine (PubMed MEDLINE), Scientific Electronic Library Online (Scielo), Cochrane Database of Systematic Reviews (CDSR), Google Scholar, Biblioteca Virtual em Saúde (BVS) e EBSCO Information Services, no mês de novembro de 2021. Resultados e discussão: O óxido de grafeno reduzido tem se mostrado um excelente agente fototérmico, permitindo a eliminação eficiente de tumores em experimentos in vivo, bem como, devido a excelente condutividade elétrica do grafeno promete melhorar a conversão das sinapses em movimento. Além disso, o uso de nióbio cresce no campo da medicina como elemento de liga para aumento de resistência mecânica para implantes ortopédicos biocompatíveis. Considerações finais: Assim, é possível afirmar que são muitos os benefícios que o grafeno e o nióbio, interligados com as nanotecnologias, gerarão à humanidade, e, principalmente aos avanços da medicina.
Research, Society and Development, v. 11, n. 1, e57911125526, 2022
(CC BY 4.0) | ISSN 2525-3409 | DOI: http://dx.doi.org/10.33448/rsd-v11i1.25526
1
Uso do grafeno e nióbio na prática médica: uma revisão narrativa de literatura
Use of graphene and niobium in medical practice: a narrative literature review
Uso de grafeno y niobio en la práctica médica: una revisión narrativa de la literatura
Recebido: 09/01/2022 | Revisado: 12/01/2022 | Aceito: 15/01/2022 | Publicado: 16/01/2022
Bárbara Queiroz de Figueiredo
ORCID: https://orcid.org/0000-0003-1630-4597
Centro Universitário de Patos de Minas, Brasil
E-mail: barbarafigueiredo@unipam.edu.br
Álvaro Peixoto de Morais
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-1309-0012
Universidade Federal de São Paulo, Brasil
E-mail: alvaro.pm@hotmail.com
Ana Clara Viana Soares Brito
ORCID: https://orcid.org/0000-0001-5747-4280
Centro Universitário Uninovafapi, Brasil
E-mail: anaclaravsb@hotmail.com
Dieison Danrlei Roehrs
ORCID: https://orcid.org/0000-0003-2919-9765
Centro Universitário de Goiatuba, Brasil
E-mail: dieisondanrlei1@hotmail.com
Heitor Laborão Carneiro
ORCID: https://orcid.org/0000-0001-5690-7101
Pontifícia Universidade Católica de Goiás, Brasil
Email: heitorcolt@hotmail.com
Isabelle Gomes de Sousa
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-0067-019X
Centro Universitário Uninovafapi, Brasil
E-mail: isabellegmss@hotmail.com
Letícia de Oliveira Araújo
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-3457-4235
Centro Universitário de Patos de Minas, Brasil
E-mail: leticiaoaraujo21@gmail.com
Lorena Martins Nagata
ORCID: https://orcid.org/0000-0003-1487-6436
Centro Universitário de Goiatuba, Brasil
E-mail: lorena-mvet@live.com
Lunalva Gabrielli Veras Sousa
ORCID: https://orcid.org/0000-0001-5181-5371
Centro Universitário Uninovafapi, Brasil
E-mail: veraslunalva@gmail.com
Maria Jacilene de Araújo Gomes
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-6774-9097
Instituto Master de Ensino Presidente Antônio Carlos, Brasil
E-mail: jacilene_araujo@hotmail.com
Melina Fonseca Maia França Coury Alves
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-1403-8435
Centro Universitário de Patos de Minas, Brasil
E-mail: meeelcoury@gmail.com
Resumo
Introdução: Os chamados nanomateriais são considerados por muitos, materiais que possuem sua estrutura restrita a
dimensões de 1 a 100 nm. Os nanomateriais apresentam uma extensa faixa de aplicações como na biomedicina, na
área de alimentos e agricultura, drogas e vacinas e principalmente na catálise. Objetivo: evidenciar as aplicações dos
nanomateriais grafeno e nióbio na medicina, ressaltando seus resultados promissores nesse campo. Metodologia:
Trata-se de uma pesquisa descritiva do tipo revisão narrativa da literatura. A pesquisa foi realizada através do acesso
online nas bases de dados National Library of Medicine (PubMed MEDLINE), Scientific Electronic Library Online
(Scielo), Cochrane Database of Systematic Reviews (CDSR), Google Scholar, Biblioteca Virtual em Saúde (BVS) e
EBSCO Information Services, no mês de novembro de 2021. Resultados e discussão: O óxido de grafeno reduzido
tem se mostrado um excelente agente fototérmico, permitindo a eliminação eficiente de tumores em experimentos in
vivo, bem como, devido a excelente condutividade elétrica do grafeno promete melhorar a conversão das sinapses em
movimento. Além disso, o uso de nióbio cresce no campo da medicina como elemento de liga para aumento de
Research, Society and Development, v. 11, n. 1, e57911125526, 2022
(CC BY 4.0) | ISSN 2525-3409 | DOI: http://dx.doi.org/10.33448/rsd-v11i1.25526
2
resistência mecânica para implantes ortopédicos biocompatíveis. Considerações finais: Assim, é posvel afirmar que
são muitos os benefícios que o grafeno e o nióbio, interligados com as nanotecnologias, gerarão à humanidade, e,
principalmente aos avanços da medicina.
Palavras-chave: Nanomateriais; Aplicações; Medicina; Nióbio; Grafeno.
Abstract
Introduction: The so-called nanomaterials are considered by many, materials that have their structure restricted to
dimensions from 1 to 100 nm. Nanomaterials have a wide range of applications in biomedicine, food and agriculture,
drugs and vaccines, and especially in catalysis. Objective: to show the applications of graphene and niobium
nanomaterials in medicine, highlighting their promising results in this field. Methodology: This is a descriptive
research of the narrative literature review type. The search was carried out through online access in the National
Library of Medicine (PubMed MEDLINE), Scientific Electronic Library Online (Scielo), Cochrane Database of
Systematic Reviews (CDSR), Google Scholar, Virtual Health Library (BVS) and EBSCO databases Information
Services, November 2021. Results and discussion: Reduced graphene oxide has been shown to be an excellent
photothermal agent, allowing the efficient elimination of tumors in in vivo experiments, as well as, due to the
excellent electrical conductivity of graphene, it promises to improve the conversion of synapses into motion.
Furthermore, the use of niobium is growing in the medical field as an alloying element to increase the mechanical
strength of biocompatible orthopedic implants. Final considerations: Thus, it is possible to say that there are many
benefits that graphene and niobium, interconnected with nanotechnology, will generate to humanity, and especially to
medical advances.
Keywords: Nanomaterials; Applications; Medicine; Niobium; Graphene.
Resumen
Introducción: Los denominados nanomateriales son considerados por muchos, materiales que tienen su estructura
restringida a dimensiones de 1 a 100 nm. Los nanomateriales tienen una amplia gama de aplicaciones en biomedicina,
alimentación y agricultura, medicamentos y vacunas, y especialmente en catálisis. Objetivo: mostrar las aplicaciones
de los nanomateriales de grafeno y niobio en medicina, destacando sus prometedores resultados en este campo.
Metodología: Se trata de una investigación descriptiva del tipo revisión de literatura narrativa. La búsqueda se realizó
mediante acceso online en la Biblioteca Nacional de Medicina (PubMed MEDLINE), Scientific Electronic Library
Online (Scielo), Cochrane Database of Systematic Reviews (CDSR), Google Scholar, Virtual Health Library (BVS) y
bases de datos EBSCO Information Services. Noviembre de 2021. Resultados y discusión: Se ha demostrado que el
óxido de grafeno reducido es un excelente agente fototérmico, permitiendo la eliminación eficiente de tumores en
experimentos in vivo, así como, debido a la excelente conductividad eléctrica del grafeno, promete mejorar la
conversión de sinapsis en movimiento. Además, el uso de niobio está creciendo en el campo médico como un
elemento de aleación para aumentar la resistencia mecánica de los implantes ortopédicos biocompatibles.
Consideraciones finales: Así, se puede decir que son muchos los beneficios que el grafeno y el niobio,
interconectados con la nanotecnología, generarán a la humanidad, y especialmente a los avances médicos.
Palabras clave: Nanomateriales; Aplicaciones; Medicamento; Niobio; Grafeno.
1. Introdução
Os chamados nanomateriais são considerados por muitos, materiais que possuem sua estrutura restrita a dimensões de
1 a 100 nm. Porém, essa definão é pouco importante, uma vez que as propriedades evoluem e não há argumento físico para
essa classificação. De uma forma geral, são as propriedades dos materiais que regem esse conceito e não necessariamente as
dimensões das partículas. O estudo de tais materiais ganhou importância considerável no final do século XX, o que levou ao
aparecimento de um grande ramo da ciência conhecido como “Nanociência e Nanotecnologia”. Assim, os nanomateriais
apresentam uma extensa faixa de aplicações como na biomedicina, na área de alimentos e agricultura, drogas e vacinas e
principalmente na catálise (Alves, 2013).
O grafeno é uma folha plana de átomos de carbono compactados em uma grade de duas dimensões com espessura de
apenas um átomo, reunidos em uma estrutura cristalina hexagonal. A folha de grafeno pode formar uma esfera (fulereno) ou
um tubo (nanotubo). Se muitas dessas folhas forem empilhadas, resultará num grafite tridimensional. O uso do termo “camada
de grafeno” é também considerado para a terminologia geral dos carbonos. O grafeno, que tem a espessura de um átomo de
carbono, é um dos materiais mais revolucionários que se acredita ter desenvolvido, devido as suas excelentes propriedades
Research, Society and Development, v. 11, n. 1, e57911125526, 2022
(CC BY 4.0) | ISSN 2525-3409 | DOI: http://dx.doi.org/10.33448/rsd-v11i1.25526
3
mecânicas, elétricas, térmicas, ópticas, entre outras. Estas propriedades sugerem que o grafeno substituirá muitos materiais em
diversas aplicações (Jain et al., 2018).
o nióbio está presente na natureza na forma de pirocloro natural [(Na,Ca)2Nb2O6(OH,F)] e columbita-tantalita
[(Ta,Nb)2O6)], que estão associadas às rochas pegmatitas. Suas diversas formas estruturais e fases cristalinas relatadas na
literatura são consideradas complexas e possuem formas polimórficas: pseudohexagonal, ortorrômbico e monoclínico,
conferindo a esses materiais diferentes atividades catalíticas. Também contém propriedades promissoras para aplicações
ambientais como caráter hipoalergênico, citotoxidade e alta estabilidade termodinâmica e, por isso, pode ser utilizado não
apenas na química, como na biologia, na genética e na medicina (Toma, 2016). Sob essa perspectiva, o objetivo deste estudo
foi de evidenciar as aplicações dos nanomateriais grafeno e nióbio na medicina, ressaltando seus resultados promissores nesse
campo.
2. Metodologia
Trata-se de uma pesquisa descritiva do tipo revisão narrativa da literatura, que buscou evidenciar as aplicações dos
nanomateriais grafeno e nióbio na medicina, ressaltando seus resultados promissores nesse campo. A pesquisa foi realizada
através do acesso online nas bases de dados National Library of Medicine (PubMed MEDLINE), Scientific Electronic Library
Online (Scielo), Cochrane Database of Systematic Reviews (CDSR), Google Scholar, Biblioteca Virtual em Saúde (BVS) e
EBSCO Information Services, no mês de novembro de 2021. Para a busca das obras foram utilizadas as palavras-chaves
presentes nos descritores em Ciências da Saúde (DeCS): em inglês: "nanomaterials", "medicine", "niobium", "graphene",
"nantubes", "applications" e em português: "nanomateriais", "medicina", "nióbio", "grafeno", "nanotubos", "aplicações".
Como critérios de inclusão, foram considerados artigos originais, que abordassem o tema pesquisado e permitissem
acesso integral ao conteúdo do estudo, publicados no período de 2007 a 2021, em inglês e português. O critério de exclusão foi
imposto naqueles trabalhos que não estavam em inglês ou português, que não tinham passado por processo de Peer-View e que
não abordassem o tema da pesquisa. A estratégia de seleção dos artigos seguiu as seguintes etapas: busca nas bases de dados
selecionadas; leitura dos títulos de todos os artigos encontrados e exclusão daqueles que não abordavam o assunto; leitura
crítica dos resumos dos artigos e leitura na íntegra dos artigos selecionados nas etapas anteriores. Assim, totalizaram-se 23
artigos científicos para a revisão narrativa da literatura, com os descritores apresentados acima.
3. Resultados e Discussão
3.1 Grafeno
Nanomateriais de carbono com ligações sp2 possuem propriedades mecânicas, eletrônicas, óticas e químicas únicas e
têm se mostrado interessantes para muitas aplicações. Entre eles, os nanotubos de carbono (nanoestruturas 1D de carbono na
forma de um tubo) e os grafenos (folhas de carbono 2D) são os que mais têm chamado atenção e estudos recentes têm
mostrado o elevado potencial destes materiais para aplicações em medicina. Eles têm sido amplamente investigados para
aplicações em biossensores, engenharia de tecidos, drug-delivery, imageamento molecular, entre outros. Além disso,
nanotubos de carbono e grafenos possuem forte absorção ótica na região do infravermelho próximo, tornando-os materiais
promissores para utilização em fototermia (Geim et al., 2007).
Com isso, os nanotubos de carbono têm sido amplamente utilizados como plataformas na fabricação de biossensores
para detectar biomoléculas. Além disso, estudos têm mostrado que a funcionalização deste material permite sua atuação como
moléculas carreadoras de medicamentos para aplicações em drug delivery e tem sido empregado com sucesso no tratamento de
câncer, por exemplo, nanotubos de carbono funcionalizados com polietileno glicol e conjugados com o quimioterápico
Research, Society and Development, v. 11, n. 1, e57911125526, 2022
(CC BY 4.0) | ISSN 2525-3409 | DOI: http://dx.doi.org/10.33448/rsd-v11i1.25526
4
paclitaxel proporcionaram maior eficácia na supressão do crescimento do câncer de mama. Isto se deve, principalmente, ao
maior acumulo do quimioterápico na região do câncer quando conjugado com os nanotubos (Geim 2009).
Recentemente, um número crescente de trabalhos tem explorado o potencial do grafeno para aplicações
biomédicas. Por possuir uma estrutura similar as dos nanotubos de carbono, grafenos também podem ser utilizados como
carreadores de medicamentos e no tratamento contra o câncer. Por exemplo, óxido de grafeno reduzido tem se mostrado um
excelente agente fototérmico, permitindo a eliminação eficiente de tumores em experimentos in vivo. Em outro estudo, óxido
de grafeno funcionalizado com polietilenoimina (PEI) foi conjugado com RNA de interferência e com o antitumoral
doxorrucibina. Esta entrega simultânea permitiu um aumento significativo da eficiência na quimioterapia (Novoselov et al.,
2012). Além disso, o grafeno também tem sido conjugado com componentes de imageamento e terapêuticos, formando
materiais teranósticos. Um estudo recente mostra a funcionalização de óxido de grafeno com nanopartículas de óxido de ferro e
o polímero polietileno glicol (PEG) para adicionar propriedades magnéticas e melhorar a biocompatibilidade, respectivamente
(Prado et al., 2017).
Ademais, grupos de pesquisa estão desenvolvendo preservativos à base de grafeno, o que poderia conduzir mais calor
que o látex, bem como pretende reduzir a espessura de 0,07 mm atuais para 0,04 mm. Além disso, pesquisadores criaram uma
lente de contato capaz de captar todo o espectro de raios vermelhos e, com isso, o usuário seria capaz de enxergar no escuro e
devolver a visão a pacientes por meio de implantes de retina de grafeno (Hu et al., 2017). Em testes realizados com animais,
Jain et al. (2018) alcançaram resultados surpreendentes no combate ao glioma, um tipo de tumor cerebral. Ao isolar a célula
cancerosa com uma película de grafeno, os pesquisadores conseguiram interromper o fornecimento de oxigênio e nutrientes e,
assim, matar de fome a massa cancerosa. Também, a excelente condutividade elétrica do grafeno promete melhorar a
conversão das sinapses em movimento (Tang et al., 2020).
3.2 Nióbio
Na última década as aplicações de nióbio aumentaram constantemente em vários segmentos, aproveitando suas
características: aços microligados, super ligas, implantes médicos, supercondutores e condensadores (Vasconcelos et al., 2019).
A procura de novos materiais metálicos, aplicados em implantes ortopédicos, tais como os aços inoxidáveis austeníticos, tem
se intensificado nestes últimos anos. Este fato deve-se às diferentes falhas que os mesmos ainda apresentam e que são de
natureza fisiológica (biocompatibilidade), mecânica (resistência) e química (corrosão) (Lopes et al., 2015). Com isso, o uso de
nióbio cresce no campo da medicina como elemento de liga para aumento de resistência mecânica para implantes ortopédicos
biocompatíveis (Li et al., 2011).
Em pesquisa de Shapira et al. (2020), que teve como objetivo investigar o comportamento de células humanas
semelhantes a osteoblastos cultivadas, em todos os grupos as células proliferaram rapidamente entre os dias 1 e 3 e, em
seguida, estabilizaram. A maioria dos implantes de titânio e ligas de titânio atualmente disponíveis em aplicações clínicas são
densos. Embora alguns métodos, como o tratamento de superfície, possam ser aplicados para aumentar a área de contato, esses
métodos produzem certos efeitos na integração óssea entre os implantes e o osso. Ademais, pesquisa de Wang et al. (2010)
havia descoberto que a taxa de osseointegração da liga de revestimento de titânio e nióbio (TiNb) era melhor do que a liga de
revestimento de titânio (Ti), o que indiretamente provou a importância do nióbio misturado com titânio.
No entanto, o tecido ósseo só pode se estender ao campo da superfície do implante e não ao interior dos implantes. A
fixação biológica não é alcançada quando a estabilidade a longo prazo não é garantida. Sob essa perspectiva, os ensaios in
vivo e in vitro demonstraram que a presença do óxido de nióbio potencializou as propriedades osteoestimuladora do biovidro
(Cavalcanti et al., 2013). Assim, além de biocompatível, ele passou a ser também bioativo, favorecendo a regeneração do
Research, Society and Development, v. 11, n. 1, e57911125526, 2022
(CC BY 4.0) | ISSN 2525-3409 | DOI: http://dx.doi.org/10.33448/rsd-v11i1.25526
5
tecido ósseo. Ou seja, no caso do uso do material por parte da medicina regenerativa, os ganhos poderão ser significativos
(Munroe et al., 2009).
Dada a diferença nas propriedades mecânicas, a liga do tipo denso provoca proteção contra estresse após a
implantação no corpo, o que acaba levando à reabsorção óssea (Pytlicek et al., 2019). Muitos estudos mostraram que o excesso
de perda óssea influencia o efeito de longo prazo dos implantes e leva ao deslocamento do implante, afrouxamento asséptico,
fratura ao redor da prótese e aumento da dificuldade de cirurgia de revisão (Santos et al., 2019). Assim, o nióbio pode reduzir a
temperatura de transição para a fase beta, aumentar a zona de duas fases alfa e beta e melhorar a usinabilidade e a resistência à
corrosão da liga de titânio. Ademais, notou-se que todas as ligas porosas de titânio-nióbio mostraram boa biocompatibilidade,
independentemente da porcentagem de porosidade (Shareena et al., 2018).
Ademais, recentemente, pesquisadores da Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG) criaram uma solução à base
de nióbio capaz de proteger diferentes tipos de superfície do SARS-CoV-2, por até 24 horas. Aplicada na forma de gel ou
líquido spray, a solução tem ação prolongada para limpeza e desinfecção das mãos e não causa reações adversas, como
sensação de ressecamento da pele. O produto também se mostrou ativo na proteção de superfícies em ambiente doméstico e
equipamentos e utensílios nos ambientes médico e odontológico (Maroli 2021).
3.3 Principais preocupações da aplicação de nanomateriais em medicina
Para uma aplicação com alta sensibilidade e seletividade em sistemas diagnósticos e terapêuticos, os nanomateriais
devem estar combinados com biomoléculas ainda mais específicas, por exemplo, sistemas antígeno/anticorpo,
enzima/substrato, receptores ou proteínas de membrana, sequências de DNA, RNA ou aptâmeros, cofatores, enfim, uma
variedade de biomoléculas como descrito anteriormente. Além desses fatores, um importante parâmetro que deve ser levado
em consideração quando um sistema diagnóstico e/ou terapêutico é desenvolvido é a biodisponibilidade no meio biológico
(Ferreira et al., 2009).
Apesar da funcionalização de nanomateriais com moléculas específicas, a biodispersidade e disponibilidade de
nanomateriais em sistemas biológicos ainda são reduzidas. Com isso, um novo termo foi estabelecido para se referir a esses
materiais, os chamados nano-objetos e seus agregados e aglomerados, do inglês, nano-objects their agglomerates and
aggregates (NOAA) sem alterar totalmente suas dimensões na nanoescala, podendo ou não possuir as mesmas características
de um nanomaterial totalmente disperso (Toma, 2016).
Am disso, devido às suas dimensões reduzidas, as nanopartículas podem penetrar em diversas regiões do organismo
de um indivíduo que participa da fabricação, manipulação ou mesmo do uso destas como diagnósticas ou terapia em
nanomedicina, isto é, por meio da absorção/adsorção desses nanomateriais no uso como creme para pele, via oral, ou por
inalação. Pom, essa entrada no sistema biológico depende de diversos fatores como composição química da superfície,
propriedades físico-químicas, tamanho e forma, capacidade de agregação ou aglomeração, ou mesmo a funcionalização com
biomoléculas específicas (Makvandi et al., 2020). Outro fator importante são as doses, e o questionamento de até que ponto as
doses administradas não demonstram efeitos tóxicos, ou quanto tempo esse nanomaterial fica disponível dentro do organismo
até ser completamente eliminado, e como seessa eliminação entram em xeque (Tang et al., 2020). Como os nanomateriais
possuem diferentes tamanhos e funcionalizações, cada um poderá apresentar um mecanismo diferente de entrada na célula
(Alves, 2013).
Outrossim, um estudo realizado com nanopartículas esricas de poliestireno com dimensões de 20 nm sugere que
essas entram nas células através da membrana em uma passagem direta sem a necessidade de mecanismos de transporte
específicos, seguido da distribuição por todo o citoplasma e ligando-se a várias bioestruturas do citoesqueleto (Stróz et al.,
2018). Ou seja, compreender os mecanismos de entrada e saída das células, assim como assegurar a estabilidade das
Research, Society and Development, v. 11, n. 1, e57911125526, 2022
(CC BY 4.0) | ISSN 2525-3409 | DOI: http://dx.doi.org/10.33448/rsd-v11i1.25526
6
nanopartículas, principalmente as propriedades de superfície, será fundamental para garantir a segurança e melhor
aproveitamento de suas funções.
4. Considerações Finais
É possível afirmar que são muitos os benefícios que o grafeno e o nióbio, interligados com as nanotecnologias,
gerarão à humanidade, e, principalmente aos avanços da medicina, que vão desde a formação de profissionais,
desenvolvimento de novos produtos e processos, melhoria na qualidade de vida, materiais com novas propriedades, até o
desenvolvimento científico, tecnológico, econômico e social.
Referências
Alves, O. L. (2013). Nanotecnologias: Elas Já Estão Entre Nós. Revista Ciência e Cultura, 65 (3), 22-27.
Cavalcanti, R. M. et al. (2013). Characterization of ZSM-5 modified with niobium pentoxide: The study of thiophene adsorption. Journal of the Brazilian
Chemical Society, 24 (1), 4050.
Ferreira, H. S., et al. (2009). Nanotecnologia: Aspectos gerais e potencial de aplicação em catálise. Qmica Nova, 32 (7), 18601870.
Geim A. K., et al. (2007). The rise of graphene. Nature Mater, 6 (5), 183-191.
Geim, A. K. (2009). Graphene: status and prospects. Science, 324 (33), 1530 -1543.
Hu, M., et al. (2017). Graphene-Based Nanomaterials for Catalysis. Industrial and Engineering Chemistry Research, 56 (13), 34773502.
Jain, A. et al. (2018). Nanomaterials in food and agriculture: An overview on their safety concerns and regulatory issues. Critical Reviews in Food Science and
Nutrition, 58 (2), 297317.
Li, H., et al. (2011). Remarkable biocompatibility enhancement of porous NiTi alloys by a new surface modification approach: in-situ nitriding and in vitro
and in vivo evaluation. J Biomed Mater Res., 99 (4), 544-553.
Lopes, O. F. et al. (2015). Óxidos de nióbio: Uma visão sobre a síntese do Nb2O5 e sua aplicação em fotocatálise heterogênea. Química Nova, 38 (1), 106
117.
Makvandi, P. et al. (2020). Metal-Based Nanomaterials in Biomedical Applications: Antimicrobial Activity and Cytotoxicity Aspects. Advanced Functional
Materials, 30 (22), 1-8.
Maroli, C. (2021). Caracterização de nanoestruturas de óxido de nióbio para aplicação em fotocatálise heterogênea. TCC (graduação) - Universidade Federal
de Santa Catarina. Centro de Ciências Físicas e Matemáticas. Curso de Química, 1-86.
Munroe, N., et al. (2009). Enhanced Biocompatibility of Porous Nitinol. J Mater Eng Perform., 18 (6), 765-767.
Novoselov, K.S. et al. (2012). A roadmap for graphene. Nature, 190 (5), 192-200.
Prado, N. T., et al. (2017). Nanostructured niobium oxide synthetized by a new route using hydrothermal treatment: High efficiency in oxidation reactions.
Applied Catalysis B: Environmental, 205 (5), 481488.
Pytlicek, Z. et al. (2019). On-chip sensor solution for hydrogen gas detection with the anodic niobium-oxide nanorod arrays. Sensors and Actuators, 284 (12),
723735.
Santos, A. J. et al. (2019). Niobium oxide catalysts as emerging material for textile wastewater reuse: Photocatalytic decolorization of azo dyes. Catalysts, 9
(12), 56-70.
Shapira L., et al. (2020). Efeito de uma liga de titânio contendo nióbio no comportamento de osteoblastos em cultura. Pesquisa Clínica de Implantes Orais, 20
(6), 578-582.
Shareena, T. P. D et al. (2018). A Review on Graphene-Based Nanomaterials in Biomedical Applications and Risks in Environment and Health. Nano-Micro
Letters, 10 (3), 134.
Stróz, A., et al. (2018). Electrochemical Formation of Self Organized Nanotubular Oxide Layers on Niobium (Review). Current Nanoscience, 15 (1), 4248.
Tang, Z. et al. (2020). Phosphorus Science-Oriented Design and Synthesis of Multifunctional Nanomaterials for Biomedical Applications. Matter, 2 (2), 297
322.
Toma, H. (2016). Nanotecnologia Molecular - Materiais e Dispositivos. Edgard Blü ed. 1-67.
Vasconcelos Y., et al. (2019). O polêmico nióbio. Revista Pesquisa FAPESP, 20 (277), 6369.
Wang, X., et al. (2010). Biomimetic modification of porous TiNbZr alloy scaffold for bone tissue engineering. Tissue Eng Part., 56 (6) 309316.
Article
Full-text available
Este artigo tem como objetivo alinhar os benefícios do uso do grafeno para a construção civil e mostrar possíveis métodos de uso em compósitos, com a finalidade de elevar os métodos construtivos atuais para uma nova fase de produção, maleabilidade, aplicabilidade e resistência. Por ser uma estrutura composta por átomos de carbono organizados em arranjo hexagonal com uma camada microscopicamente fina, o grafeno possui excelentes propriedades elétricas, térmicas, físico-químicas, mecânicas e ópticas, conferindo ao grafeno um enorme potencial para novos métodos tecnológicos em praticamente quase todas as áreas materiais. O grafeno tem uma grande capacidade de uso para melhorar o desempenho em compósitos em geral, despertando assim um grande interesse na comunidade científica mundial no desenvolvimento de métodos para produção em massa de grafeno. Neste artigo, algumas técnicas de produção de grafeno foram abordadas a fim de mostrar suas aplicações tecnológicas para a construção civil a partir de estudos de trabalhos científicos, bancos de documentos de patentes e grupos de pesquisa registrados no Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq).
Article
Full-text available
Niobium-based metal oxides are emerging semiconductor materials with barely explored properties for photocatalytic wastewater remediation. Brazil owns the major reserves of niobium worldwide, being a natural resource barely exploited. Environmental applications of solar active niobium photocatalysts can provide opportunity in developing areas of Northeast Brazil, which receives annually over 22 MJ m2 of natural sunlight irradiation. Application of photocatalytic treatment may incentivize water reuse practices of small and mid-sized textile industries of the region. This work reports the facile synthesis of Nb2O5 catalysts and explores their performance on the treatment of colored azo dye effluents. High photoactivity of this alternative photocatalyst allows obtaining a fast complete decolorization in less than 40 min of treatment. The optimal operational conditions were defined as 1.0 g L-1 Nb2O5 loading in slurry, 0.2 M of H2O2, pH 5.0 to treat up to 15 mg L-1 of methyl orange solution. In order to evaluate the reutilization without photocatalytic activity loss, the Nb2O5 was recovered after the experience and reused showing the same decolorization rate after several cycles. Thus, Nb2O5 appears as a promisor photocatalytic material with potential applicability to wastewater treatment due to its innocuous character and high stability.
Article
Full-text available
Graphene-based nanomaterials (GBNs) have attracted increasing interests of the scientific community due to their unique physicochemical properties and their applications in biotechnology, biomedicine, bioengineering, disease diagnosis and therapy. Although a large amount of researches have been conducted on these novel nanomaterials, limited comprehensive reviews are published on their biomedical applications and potential environmental and human health effects. The present research aimed at addressing this knowledge gap by examining and discussing: (1) the history, synthesis, structural properties and recent developments of GBNs for biomedical applications; (2) GBNs uses as therapeutics, drug/gene delivery and antibacterial materials; (3) GBNs applications in tissue engineering and in research as biosensors and bioimaging materials; and (4) GBNs potential environmental effects and human health risks. It also discussed the perspectives and challenges associated with the biomedical applications of GBNs. Open image in new window
Article
Full-text available
NIOBIUM OXIDES: AN OVERVIEW OF THE SYNTHESIS OF Nb2O5 AND ITS APPLICATION IN HETEROGENEOUS PHOTOCATALYSIS. Despite the fact that Brazil is the world’s largest niobium mineral producer, governmental interest in exploration of the mineral leading to more valuable derived materials is scarce, which has reduced the country’s knowledge about a wider range of technological applications for this metal. Niobium pentoxide stands out due its remarkable electronic, structural, and textural properties. Therefore, this review aims to highlight its main properties, synthetic methods, and applications, with a particular focus on photocatalysts based on Nb2O5. This review will highlight the potential of Nb2O5 and encourage the study of niobium and its compounds in technological and environmental applications.
Article
Full-text available
In recent years nanomaterials, such as metallic nanoparticles, nanowires, nanotapes, nanotubes and nanocomposites, have attracted increasing interest for several technological applications. In catalysis, the great potential of nanomaterials is related to the high catalytic activity exhibited by these materials as a function of the high surface/volume ratio when the particles acquire diameter below 5 nm. In this work, a review about concepts and background of nanoscience and nanotechnology is presented with emphasis in catalysis. Special attention is given to gold nanoparticles and carbon nanotubes, focusing the properties and characteristics of these materials in several catalytic reactions.
Article
Phosphorus plays an indispensable role in energy metabolism, acid-base balance, and genetic substances transfer. As nanotechnology advances, plenty of phosphorus-based nanomaterials have been developed and widely used in the fields of biology and medicine. The size and structure of phosphorus-based nanomaterials give them unique physicochemical, optical, and biological properties, greatly increasing the variety of nanomedicine. The excellent properties further promote the applications of phosphorus-based nanomaterials in drug nanocarriers, tumor theranostics, biosensors, and bone formation. In this review, we first introduce the phosphorus science to unify current phosphorus-based nanomaterials and discuss their synthesis methods. Furthermore, the representative nanoplatforms utilizing the corresponding properties are highlighted. Finally, research development, potential challenges, and perspectives for further improvement of phosphorus-based nanomaterials in biomedicines are presented.
Article
Two types of anodic niobium-oxide nanofilms were synthesized via anodization of an Al/Nb bilayer sputter-deposited onto a SiO2-coated Si wafer. Type I nanofilm was composed of a 200 nm thick NbO2 layer holding the upright-standing 650 nm long, 50 nm wide, and 70 nm spaced Nb2O5 nanorods, of 7·10⁹ cm⁻² density, whereas the Type II nanofilm had similarly long but bigger Nb2O5 nanorods, 100 nm wide, 220 nm spaced, and of 8·10⁸ cm⁻² density, aligned directly on a niobium metal without any buffering oxide layer, which was achieved for the first time. Each film was then incorporated in an advanced 3-D architecture and multilayer layout on a silicon chip comprising 33 microsensors, with variable sizes and tuned electrical characteristics, by combining the high-temperature vacuum or air annealing, sputter-deposition and lift-off photolithography to form Pt/NiCr top electrodes and a multifunctional SiO2 interlayer, chemical etching, laser dicing, and ultrasonic wire-bonding. The proposed on-chip sensor solution allowed for a sensitive, fast, and highly selective (toward NH3 and CH4) detection of hydrogen gas. Comprehensive gas sensing tests performed for Type II nanofilm ultimately confirmed the presence of a Schottky-type sensing mechanism, the contribution, however, being substantially weaker than that due to reactions over the surface of the oxide nanorods, especially when the rods show a transition from fully to partially depleted states when interacting with H2 gas. The film formation and chip fabrication technologies may be transferable to other PAA-assisted 1-dimensional metal-oxide nanomaterials suitable for on-chip gas sensing.
Article
Due to the outstanding electronic, optical, thermal, and mechanical properties, graphene is considered as one of the most promising materials in a wide range of applications. Given its large specific surface area, two-dimensional structure, facile decoration and high adsorption capacity, numerous graphene-based nanomaterials with unprecedented characteristics have been designed, prepared and applied in catalysis. In this article, we firstly reviewed common synthetic methods to prepare graphene-based catalysts followed by critical comments and possible solutions. We then briefly summarized the characterization techniques that were relevant to catalysis applications and their applications for energy conversion and environmental protection. Finally, we discussed the challenges and opportunities for the future development of graphene-based nanomaterials in sustainable catalysis. This review provides key information to catalysis community to design and fabricate graphene-based novel nanomaterials with great performance.
Article
Nanostructured niobium oxides were synthesized by hydrothermal treatment using an amorphous Nb2O5 as precursor. The modification by hydrothermal treatment in the presence of oxalic acid or hydrogen peroxide resulted in versatile catalysts with many different properties verified by several characterization techniques. XRD analysis demonstrated the crystallinity increase. Significant morphological changes were observed by TEM, being possible to observe the presence of nanorods for the material treated with oxalic acid and nanospheres for the material treated in the presence of H2O2. Modifications in the porous structure were also observed, as well as the increase in BET specific area. This significant difference compared to precursor resulted in catalysts with higher performance than Nb2O5 in decomposition of methylene blue dye (MB) by heterogeneous fenton-like reactions and photocatalysis under UV light irradiation.
Article
Nanotechnology has seen exponential growth in last decade due to its unique physicochemical properties; however, the risk associated with this emerging technology has withdrawn ample attention in the past decade. Nanotoxicity is majorly contributed to the small size and large surface area of nanomaterials, which allow easy dispersion and invasion of anatomical barriers in human body. Unique physio-chemical properties of NPs make the investigation of their toxic consequences intricate and challenging. This makes it important to have an in-depth knowledge of different mechanisms involved in nanomaterials's action as well as toxicity. Nano-toxicity has various effects on human health and diseases as they can easily enter into the humans via different routes, mainly respiratory, dermal and gastrointestinalroutes. This also limits the use of nanomaterials as therapeutic and diagnostic tools. This review focuses on the nanomaterial-cell interactions leading to toxicological responses. Different mechanisms involved in nanoparticle-mediated toxicity with the main focus on oxidative stress, genotoxic and carcinogenic potential has also been discussed. Different methods and techniques used for the characterization of nanomaterials in food and other biological matrices have also been discussed in detail. Nano-toxicity on different organs - with the major focus on the cardiac and respiratory system - have been discussed. Conclusively, the risk management of nanotoxicity is also summarized. This review provides a better understanding of the current scenario of the nanotoxicology, disease progression due to nanomaterials, and their use in the food industry and medical therapeutics. Briefly, the required rules, regulations and the need of policy makers has been discussed critically.