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1 COMUNICAÇÃO TÉCNICA Nº IPT e suas ações direcionadas a nanotecnologia Slides da apresentação no Workshop em Nanotecnologia, Polímeros Avançados, Sistemas de Liberação, Curativos e Engenharia de Tecidos, 2013, São Paulo. Slides da apresentação A série Comunicação Técnica compreende trabalhos elaborados por técnicos do IPT, apresentados em eventos, publicados em revistas especializadas ou quando seu conteúdo apresentar relevância pública. Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo S/A - IPT Av. Prof. Almeida Prado, 532 Cidade Universitária ou Caixa Postal 0141 CEP São Paulo SP Brasil CEP Tel /4000 Fax

2 IPT e suas ações direcionadas a nanotecnologia Dra. Maria Helena Ambrosio Zanin mhzanin@ipt.br Workshop em Nanobiotecnologia

3 O que é Uma das primeiras instituições de P&D&I aplicados no Brasil Sociedade Anônima, cujo sócio controlador é o Governo do Estado de São Paulo, por meio da Secretaria da Fazenda

4 O que é Missão { Criar e aplicar soluções tecnológicas para aumentar a competitividade das empresas e promover a qualidade de vida. Visão { Ser instituição líder nacional e atuar internacionalmente no desenvolvimento de tecnologias avançadas. Valores { Integridade ética, probidade, isenção, competência técnica e qualidade em procedimentos de busca contínua de melhorias.

5 Histórico Fundação Criação do Gabinete de Resistência de Materiais (GRM) na Escola Politécnica

6 Histórico 1934 Decreto 6375 transforma o Gabinete de Resistência de Materiais em Instituto de Pesquisas Tecnológicas - IPT 1960 Reestruturação das áreas técnicas Divisões técnicas, focadas em áreas da engenharia 1972 IPT melhora a sua relação com as indústrias: contratos de P&D&I com empresas privadas se tornam mais freqüentes 1976 IPT é transformado numa S/A de capital misto e passa a ter metas anuais de faturamento GESP investe R$150 milhões em programa de modernização laboratorial

7 Modernização Investimentos de R$186 milhões Novos focos: Estruturas Leves Bionanotecnologia Formação de pesquisadores no exterior: 36 até 2012 Concurso público: 66 funcionários contratados em 2012

8 Estrutura Física Unidades em São Paulo Franca (EPIs, couros e calçados) São José dos Campos* (materiais compósitos) * Em implantação 14 unidades tecnológicas 40 laboratórios e seções m 2 de área construída

9 Centros técnicos CETAE Tecnologias Ambientais e Energéticas CETAC Tecnologia do Ambiente Construído CT-Floresta Tecnologia de Recursos Florestais CETIM Têxteis Técnicos e Manufaturados CTMM Centro de Tecnologia em Metalurgia e Materiais CMF Metrologia de Fluidos CT-Obras Tecnologia de Obras de Infra-estrutura CINTEQ Integridade de Estruturas e Equipamentos CMQ Metrologia em Química CNaval Engenharia Naval e Oceânica CIAM Tecnologia da Informação, Automação e Mobilidade CME Metrologia Mecânica e Elétrica NT- Bionanomanufatura NT MPE Suporte às PMEs

10 Núcleo de BioNanoManufatura

11 Terminologia Bio Nano Manufatura MicroManufatura e Metrologia de três dimensões de alta performance NanoPartículas produzidas por processos químicos Biotecnologia Industrial

12 Background Modernização da capacitação original: Nanoescala em química e Previous experience: materiais Biotechnological & Nova infra estrutura chemical processes, laboratorial e ambiente including microfluidic Melhoria da tecnologia para applications & macromeasurements caracterização Micro-fabricação & avaliação além dos dispositivos microfluídicos

13 Instalações e infraestrutura Investimento R$ 26 milhões instalação R$ 26 milhões em novas tecnologias & processos Instalação Aprox m 2 em 3 pavimentos Salas limpas (classe100 e1000) e labs com ambientes protegidos para trabalhos com células animais e vegetais Acomodações para 65 pesquisadores permanentes e visitantes Espaço para eventos com até 125 pessoas Espaço de 1000 m 2 para ampliação e plantas piloto Pessoal permanente 4 Administrativos e gestão 26 pesquisadores 14 técnicos

14 Plataformas Tecnológicas Integradas Nanotecnologia: novas possibilidades de intensificação de processos (físicos, químicos e biológicos) através da redução de escala e com ganhos na qualidade dos produtos Biotecnologia: processos menos nocivos ao meio ambiente com menor consumo de energia e uso de matérias primas renováveis Microtecnologia: capacidade de produzir micro e nano dispositivos para biosensores, microreatores, MEMS( e NEMS Metrologia dimensional avançada: capacidade de medição em 3D permitindo diagnóstico e desenvolvimento de micro e nano dispositivos

15 Microtecnologia e Metrologia dimensional avançada

16 Foco principal Projeto, fabricação e caracterização de microssistemas, como MEMS e biossensores. Foco no desenvolvimento de processos de micromanufatura em sala limpa Soluções tecnológicas Microssistemas cerâmicos LTCC- Low Temperature Co-fired Ceramic Microdispositivos em silício, vidro, materiais poliméricos e substratos metálicos Ativação de superfícies Infraestrutura Prototipagem experimental em LTCC (usinagem, serigrafia, laminação, sinterização e montagem) Deposição de filmes finos e espessos de diversos materiais, incluindo polímeros Corrosão úmida e por plasma Fotolitografia Microusinagem e microperfuração com laser Microfresamento com ferramentas de corte Microtecnologia Medição dimensional e geométrica de micropeças e microcomponentes

17 Metrologia dimensional avançada Foco principal Avaliação dimensional e geométrica de microdispositivos aplicados a BioNanoTecnologia. Entrega de informação qualificada para realimentação de projeto e melhoria da qualidade Soluções tecnológicas Metrologia dimensional e geométrica de peças com superfícies regulares ou superfícies livres Medição não destrutiva de detalhes internos de componentes e peças em materiais diversos (aços, alumínio, magnésio, titânio, cerâmica e plástico) Digitalização por completo de peças e mecanismos complexos Detecção e análise de defeitos em materiais Calibração de padrões de comprimentos Infraestrutura Sistema de metrotomografia 3D de raios X com múltiplos sensores Máquinas multi-sensor de medição por coordenadas Estação de trabalho com alta capacidade de processamento com aplicativos (VG-StudioMax, SmartFit, SmartProfile e Geomatic )

18 Microfluidica aplicada na produção de nanopartículas Active Pharmaceutical Ingredient (API) Solubilização Dispositivo Microfluidico Formação Nanopartícula Nanopartícula Amorfa Cristais Aumento da bio-disponibilidade ϕ 200 nm Caracterização Competência IPT: Fabricação de dispositivos microfluídicos para geração de nanopartículas por nanoprecipitação em modo contínuo. Aplicação: Indústrias farmacêutica, química, saúde e de alimentos.

19 Nanotecnologia

20 Foco principal Desenvolvimento de sistemas nanoestruturados por diferentes rotas, utilizando polimeração, emulsificação, evaporação de solvente, spray-dryer e processos microfluidicos Soluções tecnológicas Síntese de nanopartículas Produção de nanofibras poliméricas por eletrofiação Funcionalização de nanomateriais Desenvolvimento de fluidos complexos Sistemas de liberação controlada Modificação e funcionalização de superfícies Técnicas avançadas de caracterização de nanomateriais e fluidos Infraestrutura Reatores automatizados Homogeinizadores de alta pressão Nano spray-dryer Microscópios de alta precisão Analisadores de tamanho de partículas de alta precisão Nanotecnologia

21 Exemplos de aplicações em Nanotecnologia

22 Produção de nanofibras poliméricas por eletrofiação Ilustração de um sistema monoaxial de electrospinning High Voltage Supply Syringe pump Collector Aplicação de campo elétrico Patches Administração tópica Nanofibras Aplicações: Filtração seletiva Superficies funcionalizadas Autores: Dra. Maria Helena A. Zanin, r. Adriano M. Oliveira, Dra. Natália N.P.Cerize D fiber α Area Volume

23 Nanoencapsulação de ativos cosméticos Alguns destaques... NANOENCAPSULAÇÃO DE FILTRO SOLAR POR NANOLIPÍDICAS Ativo+Lipídio Fundido (85± 5 C) Agitação H 2 O + Tensoativo (85± 5 C) Cel de Difusão de Franz Sol. tampão 7,4 (5% tween 80) HPLC Homo. Alta Pressão (600bar)

24 NANOPARTÍCULAS TERMOSENSÍVEIS Nanoparticulas termossensíveis para veiculação de ativos. Tese de Doutoramento: Adriano Marim Patente nº. PI

25 Propriedades de sólidos cristalinos Polimorfismo Mudança de solvente Carbonato de Cálcio (vaterita + calcita) Cristalização Precipitação Ácido Adípico Aditivos Cristalização Esférica Sulfato de Cobre Agente Ativo Farmacêutico Efeito de agentes externos (ex. campo magnético) Capacitação IPT: Modificação morfológica (hábito cristalino) para melhoria das propriedades de transporte, processamento, dissolução e biodisponibilidade de materiais sólidos cristalinos.

26 Sistemas de liberação controlada Tecnologias de Encapsulação Mecanismos de liberação controlada Fibras de tecido impregnadas com cápsulas contendo material encapsulado Capacitação IPT: Domínio de diferentes técnicas de micro(nano)encapsulação dedicadas à geração de sistemas de liberação controlada (encapsulação de agentes ativos hidrofílicos e hidrofóbicos).

27 Nanocarreadores Coloidais Princípio Ativo Princípio Ativo Nanoencapsulado Terapia Fotodinâmica (tratamento de câncer) Capacitação IPT: Desenvolvimento de processos (rotas) para encapsulação de agentes ativos.

28 Absorvedores de radiação UVA e UVB Processo de polimerização em emulsão auxiliado pelo mecanismo de Pickering Agente Ativo Matriz Polimérica Agente de Proteção Química (Molecular) Agente de Proteção Física (Nanopartículas) Óxido Cerâmico Revestimentos Funcionais Efeito de degradação de polímeros Capacitação IPT: Emprego da técnica de polimerização em emulsão auxiliada por mecanismo de Pickering para produção de sistemas híbridos orgânico-inorgânico nanoestruturados (materiais funcionais).

29 Secagem por aspersão (spray-drying) (1) 1) Atomizador (membrana piezoelétrica) (2) 2) Coletor (sistema eletrostático) Capacitação IPT: Empego da técnica de secagem por aspersão (spray-drying) para geração de nanopartículas poliméricas com potencial para encapsulação de agentes ativos.

30 Sistemas nanoestruturados (aglomeração) Partículas primárias sub-micrométricas (em detalhe) x (ampliação) x (ampliação) Aglomeração Spray-Drier (piloto) Benefício Segurança Capacitação IPT: Emprego da técnica de secagem por aspersão (spray-drying) para aglomeração de sistemas particulados. Produção de sistemas (re)dispersíveis.

31 Borracha (elastômeros) em pó Modificação de látex (sintético) mediante incorporação de nanopartículas cerâmicas Adição de nano SiO 2 Secagem por aspersão (spray drying) Modificação Termoplásticos SBR após processamento na presença de nanopartículas Absorvedores de Impacto SBR sem modificação Capacitação IPT: Uso de nanopartículas de óxidos cerâmicos para modificação do comportamento termomecânico de materiais elastoméricos (baixa T g ) e respectiva produção de borracha em pó empregando a técnica de secagem por aspersão (spray-drying).

32 Agentes Reguladores de Temperatura (PCM s) Princípio de funcionamento Ciclo Térmico Compósitos Dispersão em volume Revestimentos Funcionais Dispersão em superfície Capacitação IPT: Emprego da técnica de polimerização interfacial para produção de nanocápsulas contendo materiais ativos encapsulados (sistemas estímulo-resposta).

33 Revestimento polimérico bactericida Processo de síntese de nanopartículas Deposição de filmes poliméricos Revestimento polimérico hidrofílico Nanopartícula de prata (NanoAg) Íons de prata (Ag+) Bactéria (viva) Substrato Bactéria (morta) Capacitação IPT: Síntese de nanopartículas metálicas e funcionalização de superfícies através de revestimentos funcionais de origem orgânica (ex. função bactericida).

34 Biotecnologia

35 Foco principal Desenvolvimento de processos de produção de moléculas bioativas com foco na substituição de processos químicos. Desenvolvimento de bioprocessos incluindo o isolamento e a seleção dos microorganismos, estudos genéticos, purificação, biocaracterização e escalonamento Soluções tecnológicas Bioprospecção de novos microorganismos Melhoramento genético de microorganismos Metabolômica Desenvolvimento e otimização de bioprocessos Escalonamento de bioprocessos Purificação e caracterização de biomléculas Avaliação in vitro da atividade antimicrobiana e citotoxicidade Avaliação da biodegradabilidade de produtos Infraestrutura Biorreatores automatizados (0.7 a 100 l) Sistema de pré-tratamento de materiais lignocelulósicos Cromatógrafos e espectrômetros de massa Analisadores de gases (respirômetros) Infraestrutura de screening de microorganismos Biotecnologia

36 Exemplos de aplicações em Biotecnologia

37 Produção do Polímero Biodegradável - PHB Diferentes produtos em escala piloto (100L) Microbiologia e Biologia Molecular Seleção da linhagem Evolução da Tecnologia - IPT - Polihidroxialcanoatos Modelagem, simulação e Otimização de Processos 2,5 2 1,5 1 0,5 0 Shaker Biorreator Fed- Batch Biorreator Bac.mutante Biorreator Alta Densidade Otimização Matemática Processo Diferentes estratégias de condução de experimentos em biorreatores (15L) Produtividade de PHA (g/l.h) - Bactérias (sacarose invertida) Somos capazes de selecionar a linhagem do microrganismo e polímeros com alta produtividade (menores plantas de processamento) e elevados rendimentos (baixo custo do produto) a partir de diferentes fontes de carbono renováveis

38 Produção de proteína recombinante por bactérias para vacinas Desafio: Aumentar a concentração celular do processo industrial em reator de 80L. Resultado Final: Aumento da Produtividade do Produto Principal desafio: a produção concomitante de subprodutos tóxicos resultando em morte celular. Resultado: Aumento de 120% na concentração celular em escala piloto de 80L. Somos capazes de desenvolver e otimizar processos de produção de vacinas veterinárias e humanas.

39 Produção de Biofármacos: Desenvolvimento de Anticorpos Monoclonais Desafio 1: Aumentar a concentração celular em biorreatores de 2L Ampliação de escala em biorreator de 10L Evolução da Tecnologia - IPT - Anticorpo Monoclonal Gargalo: Produção de subprodutos tóxicos Batch -meio fortificado Fed-Batch 100 Batch Estudo do Meio de Cultura e do Controle do Metabolismo Celular Concentração de AcMo (ug/ml) - Células animais Somos capazes de desenvolver os processos de produção de Biofármacos e outras biomoléculas de interesse para a saúde.

40 Novos microrganismos de interesse industrial (1) (2) (2) Isolamento de linhagens IPT 825 (3) (4) (4) Gargalo do processo de produção de álcool de 2ª geração: enzimas Bioprospecção de microrganismos para a produção de novas enzimas para hidrólise enzimática Seleção das Linhagens mais promissoras Avaliação da produção de enzimas Somos capazes de realizar etapa de busca de microrganismos focados no produto desejado e na matériaprima de interesse (ex. resíduos)

41 Biorefinaria: fontes renováveis de matéria prima Resíduo agroindustrial Pré-tratamento por explosão a vapor Hidrólise enzimática Deslignificação Estamos capacitados para pesquisas que utilizem resíduos agroindustriais como matéria prima para produção de insumos para diversos setores industriais.

42 Ação Embrapii - IPT

43 O Que é a Embrapii? Objetivo: desenvolver projetos na fase intermediária da inovação, em cooperação com empresas, voltados para gerar novos conhecimentos, produtos e processos aplicáveis diretamente no setor produtivo. Período da ação piloto Contratação: 24meses (Dezembro 2013) Conclusão projetos: 48 meses (Dezembro 2015) Participantes fase piloto (iniciais) BioNanoManufatura, novos materiais metálicos, cerâmicos e poliméricos Energia e saúde Automação e manufatura

44 Política do IPT Embrapii Áreas Somente projetos nas áreas de atuação IPT-Embrapii Projetos aplicados à qualquer setor industrial ou ramo de negócios, desde que ancorados nas especialidades do IPT Projetos: cuja solução e inovação gerada seja suportada pelas áreas de Biotecnologia, Nanotecnologia, Micromanufatura, Microtecnologia ou Metrologia de Ultraprecisão ou pela combinação delas ou envolvam inovações em novos materiais metálicos, cerâmicos ou polméricos, ou envolva novos materiais, metálicos, cerâmicos ou poliméticos Execução Responsabilidade da execução é do IPT (cooperação com os parceiros) Aporte de Recursos Contrapartida da empresa e da Embrapii é financeira Contrapartida do IPT é econômica Propriedade Intelectual Propriedade intelectual partilhada Garantia para exploração da tecnologia pela empresa

45 Referência de análise Embrapii Inovação Potencial de geração de conhecimentos tecnológicos e inovação (patenteabilidade). Desafio tecnológico Valor Avaliação do gargalo tecnológico e disponibilidade de recursos necessários para a superação do desafio. Potencial de geração de valor da tecnologia após seu desenvolvimento

46 Obrigada! Detalhes em: Contato:

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