Diferenças

Aqui você vê as diferenças entre duas revisões dessa página.

--- opensci:2025:manoel:art3 [2025/04/29 20:37] – manoel
+++ opensci:2025:manoel:art3 [2025/05/05 13:31] (atual) – manoel
@@ Linha 3: / Linha 3: @@
 Autor: [[opensci:2025:manoel:|Manoel M. C. Meira]]
-Compósitos poliméricos são promissores materiais para substituição de plásticos sintéticos derivados do petróleo, devido sua baixa toxicidade, renovabilidade e alta biodegradabilidade. Para tornar os materiais baseados em biopolímeros comparáveis ou superiores aos polímeros convencionais, uma alternativa vem sendo a adição de elementos de reforço (partículas, nanopartículas ou fibras e nanofibrilas) às matrizes biopoliméricas. A incorporação de nanomateriais pode conferir novas funcionalidades como melhoria de propriedades mecânicas, condutividade elétrica, barreira à radiação UV e efeitos antimicrobianos. Contudo, a dispersão de nanomateriais e microplásticos no meio ambiente tem levantado preocupações quanto aos seus impactos negativos sobre a saúde humana, animal e ambiental. Nesse sentido, o meu projeto prevê a síntese e caracterização integrada de biofilmes de pectina (Pec) e de filmes de Pec contendo Óxido de Grafeno (GO) e nanopartículas de cobre (CuNP), além da avaliação da ecotoxicidade e biodegradação desses materiais utilizando larvas do inseto //Tenebrio molitor// (Coleoptera) como organismo modelo.
+Compósitos poliméricos são promissores materiais para substituição de plásticos sintéticos derivados do petróleo, devido sua baixa toxicidade, renovabilidade e alta biodegradabilidade. Para tornar os materiais baseados em biopolímeros comparáveis ou superiores aos polímeros convencionais, uma alternativa vem sendo a adição de elementos de reforço (partículas, nanopartículas ou fibras e nanofibrilas) às matrizes biopoliméricas. A incorporação de nanomateriais pode conferir novas funcionalidades como melhoria de propriedades mecânicas, condutividade elétrica, barreira à radiação UV e efeitos antimicrobianos. Contudo, a dispersão de nanomateriais e microplásticos no meio ambiente tem levantado preocupações quanto aos seus impactos negativos sobre a saúde humana, animal e ambiental.
+O meu projeto de doutorado tem como principal objetivo estudar a biodegradação de nanocompósitos de pectina (Pec) incorporados com óxido de grafeno (GO), nanopartículas de cobre (CuNP) e híbrido GO-CuNP quando expostos a larvas do inseto //Tenebrio molitor// (Coleoptera) associado com seus efeitos ecotoxicológicos neste organismo modelo. Na Figura 1, estão ilustradas as etapas previstas para execução do trabalho.
 {{:opensci:2025:manoel:methodology.png?600|}}
@@ Linha 9: / Linha 10: @@
 Figura 1. Fluxograma das atividades do projeto.
-Para o presente projeto de divulgação, a etapa de "Caracterização da colônia de //T. molitor//" foi selecionada para análise e compartilhamento. O estudo, que compõe a minha pesquisa de doutorado, teve início em 2025, e utilizará instalações do Laboratório Nacional de Nanotecnologia (LNNano), do Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM), uma Organização Social supervisionada pelo Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovações (MCTI). O laboratório em questão não utiliza o organismo //T. molitor// em seus testes, portanto, para a instalação de uma nova colônia foi necessário padronizar fatores como temperatura, umidade relativa e substrato de alimentação para se obter um ciclo de vida padrão.
+Até o momento (05/2025) as etapas de "Caracterização da colônia de //T. molitor//" e "Otimização da produção de filmes de pectina" estão em execução. O estudo teve início no primeiro semestre de 2025, e utilizará instalações do Laboratório Nacional de Nanotecnologia (LNNano), do Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM), uma Organização Social supervisionada pelo Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovações (MCTI). O laboratório em questão não utiliza o organismo //T. molitor// em seus testes, portanto, para a instalação de uma nova colônia foi necessário padronizar fatores como temperatura, umidade relativa e substrato de alimentação para se obter o ciclo de vida padronizado e bem caracterizado necessário para os testes.
+Para tanto, um grupo aleatório de 209 larvas vem sendo monitorado desde o dia 14/03/2025. As massas das larvas foram aferidas tendo como resultado a sua divisão em seis grupos (0-5, 5-10, 10-15, 15-20, 20-30, 30-40 mg). A distribuição das massas das larvas foi ilustrado na Figura 2. As larvas são pesadas duas vezes e o teste segue em andamento, com larvas 15-20 mg iniciando os processos de pupa. Os dados foram tratados no [[https://posit.cloud/content/10287041|Posit Cloud]].
+{{:opensci:2025:manoel:histograma_massas.png?600|}}
+Figura 2. Histograma das massas das larvas pesadas para acompanhamento.
+A temperatura e umidade da sala onde os insetos estão também vêm sendo monitoradas durante o teste através de um termohigrômetro. Os dados preliminares de monitoramento estão disponíveis no [[https://github.com/ManoelMeira/LCF5900/blob/main/condicoes_ambientais_tenebrio_molitor.csv|GitHub]]. Nas figuras 3 e 4 estão ilustradas as condições de temperatura e umidade durante o período observado.
+{{:opensci:2025:manoel:temperatura_tenebrio_molitor.png?600|}}
+Figura 3. Condições de temperatura (ºC) da sala de cultivo que abriga a colônia de //T. molitor//.
+{{:opensci:2025:manoel:rh_tenebrio_molitor.png?600|}}
+Figura 4. Umidade relativa da sala de cultivo (%) da colônia de //T. molitor// ao longo do tempo.
+Considerando que a faixa ideal de temperatura para criação do T. molitor é entre 26 e 32ºC, a temperatura média da sala tem se mantido variando entre 27,5 ± 0,7 ºC e 30,84 ± 1.1 ºC. Entretanto há uma diferença estatística significativa (p < 0.05) entre as temperaturas máxima e mínima. Além disso, a umidade relativa varia em média entre 39,7 ± 4,4% e 80,4 ± 4,2%, também havendo diferença significativa (p < 0.05) entre os valores. Esses resultados indicam a necessidade de adaptações na sala de cultivo para que a temperatura e umidade se mantenham constantes.
+Já para a etapa de otimização da produção dos filmes (tratados no [[https://colab.research.google.com/drive/1qWZxAuRll9ePgcJr9fk-KOQCe1ch-ZQo?usp=sharing|Google Colab]]), como refinamento do processo, um estudo dos fatores secundários será realizado. Para tal, optou-se por um planejamento fatorial com 3 níveis de pH (3, 4 e 5), 3 tipos de mistura (magnética, ultrassom e vortex) e 3 tempos de repouso antes da etapa de secagem (0, 30 e 60 minutos), contabilizando 27 combinações. Os testes serão aleatorizados para evitar vieses.
+<html>
+<center>
+<table>
+<tbody>
+<table border="1">
+  <thead>
+    <tr>
+      <th>pH</th>
+      <th>Tipo de Mistura (min)</th>
+      <th>Tempo de Repouso (min)</th>
+      <th>Teste</th>
+    </tr>
+  </thead>
+  <tbody>
+    <tr><td>3</td><td>magnética</td><td>30</td><td>1</td></tr>
+    <tr><td>3</td><td>ultrassom</td><td>30</td><td>2</td></tr>
+    <tr><td>3</td><td>magnética</td><td>60</td><td>3</td></tr>
+    <tr><td>5</td><td>magnética</td><td>30</td><td>4</td></tr>
+    <tr><td>3</td><td>ultrassom</td><td>0</td><td>5</td></tr>
+    <tr><td>3</td><td>vortex</td><td>0</td><td>6</td></tr>
+    <tr><td>4</td><td>ultrassom</td><td>60</td><td>7</td></tr>
+    <tr><td>4</td><td>vortex</td><td>30</td><td>8</td></tr>
+    <tr><td>3</td><td>vortex</td><td>60</td><td>9</td></tr>
+    <tr><td>3</td><td>magnética</td><td>0</td><td>10</td></tr>
+    <tr><td>5</td><td>vortex</td><td>0</td><td>11</td></tr>
+    <tr><td>4</td><td>vortex</td><td>0</td><td>12</td></tr>
+    <tr><td>5</td><td>magnética</td><td>60</td><td>13</td></tr>
+    <tr><td>4</td><td>magnética</td><td>60</td><td>14</td></tr>
+    <tr><td>4</td><td>vortex</td><td>60</td><td>15</td></tr>
+    <tr><td>5</td><td>vortex</td><td>30</td><td>16</td></tr>
+    <tr><td>3</td><td>ultrassom</td><td>60</td><td>17</td></tr>
+    <tr><td>5</td><td>ultrassom</td><td>0</td><td>18</td></tr>
+    <tr><td>5</td><td>magnética</td><td>0</td><td>19</td></tr>
+    <tr><td>4</td><td>ultrassom</td><td>0</td><td>20</td></tr>
+    <tr><td>5</td><td>vortex</td><td>60</td><td>21</td></tr>
+    <tr><td>4</td><td>ultrassom</td><td>30</td><td>22</td></tr>
+    <tr><td>5</td><td>ultrassom</td><td>30</td><td>23</td></tr>
+    <tr><td>4</td><td>magnética</td><td>30</td><td>24</td></tr>
+    <tr><td>5</td><td>ultrassom</td><td>60</td><td>25</td></tr>
+    <tr><td>4</td><td>magnética</td><td>0</td><td>26</td></tr>
+    <tr><td>3</td><td>vortex</td><td>30</td><td>27</td></tr>
+  </tbody>
+</table>
+</tr>
+</tbody>
+</table>
+</center>
+</html>
+Tabela 1. Planejamento experimental do estudo de fatores secundários.
+A partir da quantidade de sólidos totais comumente apresentada na bibliografia, optou-se por testar os //nanofillers// GO, CuNP e GO-CuNP nas concentrações 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 2,0 e 5,0% da massa de pectina a 2% (m/m). Além disso, como plastificante, o efeito da adição do glicerol a 20% (m/m) também será avaliado. Nesse sentido, o planejamento fatorial completo foi selecionado como planejamento adequado, devido à possibilidade de ampla exploração do espaço experimental, além de ser adequada para triagem e comparação inicial. Considerando 3 tipos de nanofillers, 6 concentrações e 2 níveis de concentração de plastificante, obtém-se 3 x 6 x 2 = 36 combinações (tabela disponível no Google Colab). Como variável resposta, os filmes serão particionados em diferentes seções e analisados por espectroscopia UV-Vis a fim de verificar a homogeneidade dos filmes. Os materiais baseados em grafeno possuem a tendência de se aglomerarem em diferentes contextos, sendo um desafio para sua aplicação. Assim, os filmes mais homogêneos serão selecionados para os ensaios mecânicos.
+{{:opensci:2025:manoel:condicoes_esperimentais_nanocompositos.png?800|}}
+Figura 4. Planejamento experimental para otimização da produção dos filmes nanocompósitos. Cada ponto no gráfico representa dois filmes na mesma condição de //nanofillers//, porém um com ausência e outro com adição de glicerol.