Nanomateriais manufaturados : avaliação de segurança através da caracterização dos seus efeitos genéticos

RESUMO - Os nanomateriais manufaturados (NMs), isto é, fabricados deliberadamente para fins específicos, apresentam propriedades físico-químicas únicas como a dimensão, área superficial ou funcionalização, que lhes conferem caraterísticas mecânicas, óticas, elétricas e magnéticas muito vantajosas para aplicações industriais e biomédicas. Efetivamente, a tecnologia baseada nos NMs, ou nanotecnologia, foi identificada como uma key enabling technology, impulsionadora do crescimento económico dos países industrializados, devido ao seu potencial para melhorar a qualidade e desempenho de muitos tipos de produtos e de processos. Contudo, a expansão da utilização de NMs contrasta com a insuficiente avaliação de risco para a saúde humana e para o ambiente, sendo considerados como um risco emergente para a saúde pública. As incertezas sobre a segurança dos NMs para a saúde pública advêm sobretudo de estudos epidemiológicos em humanos expostos a nanomateriais produzidos como consequência dos processos e atividades humanas e da poluição. Uma das principais preocupações relativamente aos efeitos adversos dos NMs na saúde humana é o seu potencial efeito carcinogénico, que é sugerido por alguns estudos experimentais, como no caso dos nanomateriais de dióxido de titânio ou dos nanotubos de carbono. Para avaliar em curto termo as propriedades carcinogénicas de um composto, utilizam-se frequentemente ensaios de genotoxicidade em linhas celulares de mamífero ou ensaios em modelos animais, em que se analisa uma variedade de lesões genéticas potencialmente relacionados com o processo de carcinogénese. No entanto, a investigação sobre as propriedades genotóxicas dos NMs não foi, até hoje, conclusiva. O presente estudo tem por objectivo principal caracterizar os efeitos genotóxicos associados à exposição a nanomateriais manufaturados, de forma a contribuir para a avaliação da sua segurança. Constituíram objectivos específicos deste estudo: i) avaliar a genotoxicidade dos NMs em três tipos de células humanas expostas in vitro: linfócitos humanos primários, linha celular de epitélio brônquico humano (BEAS-2B) e linha celular de adenocarcinoma epitelial de pulmão humano (A549); ii) avaliar a sua genotoxicidade num modelo de ratinho transgénico; iii) investigar alguns mecanismos de acção que poderão contribuir para a genotoxicidade dos nanomateriais, como a contribuição de lesões oxidativas para a genotoxicidade induzida pelos NMs in vitro, e a investigação da sua bioacumulação e localização celular in vivo. Foram analisados os efeitos genotóxicos associados à exposição a duas classes de NMs, dióxido de titânio e nanotubos de carbono de parede múltipla, bem como a um NM de óxido de zinco, candidato a ser utlilizado como controlo positivo de dimensão nanométrica. Os xx NMs utilizados foram previamente caracterizados com detalhe relativamente às suas características físico-químicas e também relativamente à sua dispersão em meio aquoso e no meio de cultura. A metodologia incluiu ensaios de citotoxicidade e de genotoxicidade in vitro, designadamente, ensaios de quebras no DNA (ensaio do cometa) e nos cromossomas (ensaio do micronúcleo) em células humanas expostas a várias concentrações de NMs, por comparação com células não expostas. Também foram realizados ensaios in vivo de quebras no DNA, quebras cromossómicas e ainda um ensaio de mutações em vários órgãos de grupos de ratinhos transgénicos LacZ, expostos por via intravenosa a duas doses de dióxido de titânio. Foi investigada a existência de uma relação dose-resposta após exposição das células humanas ou dos animais a NMs. A contribuição de lesões oxidativas para a genotoxicidade após exposição das células aos NMs in vitro foi explorada através do ensaio do cometa modificado com enzima. Realizaram-se estudos histológicos e citológicos para deteção e localização celular dos NMs nos órgãos-alvo dos ratinhos expostos in vivo. Os resultados demonstraram efeitos genotóxicos em alguns dos NMs analisados em células humanas. No entanto, os efeitos genotóxicos, quando positivos, foram em níveis reduzidos, ainda que superiores aos valores dos controlos, e a sua reprodutibilidade era dependente do sistema experimental utilizado. Para outros NMs, a evidência de genotoxicidade revelou-se equívoca, conduzindo à necessidade de esclarecimento através de ensaios in vivo. Para esse fim, recorreu-se a uma análise integrada de múltiplos parâmetros num modelo animal, o ratinho transgénico baseado em plasmídeo contendo o gene LacZ exposto a um NM de dióxido de titânio, NM-102. Embora tenha sido demonstrada a exposição e a acumulação do NM no fígado, não se observaram efeitos genotóxicos nem no fígado, nem no baço nem no sangue dos ratinhos expostos a esse NM. Neste estudo concluiu-se que algumas formas de dióxido de titânio e nanotubos de carbono de parede múltipla produzem efeitos genotóxicos em células humanas, contribuindo para o conjunto de evidências sobre o efeito genotóxico desses NMs. As diferenças observadas relativamente à genotoxicidade entre NMs do mesmo tipo, mas distintos em algumas das suas características físico-quimicas, aparentemente não são negligenciáveis, pelo que os resultados obtidos para um NM não devem ser generalizados ao grupo correspondente. Para além disso, a genotoxicidade equívoca verificada para o NM-102 em células humanas expostas in vitro, não foi confirmada no modelo in vivo, pelo que o valor preditivo da utilização dos ensaios in vitro para a identificação de NMs com efeitos genotóxicos (e portanto potencialmente carcinogénicos) ainda tem de ser esclarecido antes de ser possível extrapolar as conclusões para a saúde humana. Por sua vez, como a informação aqui produzida pelas metodologias in vitro e in vivo não reflete os efeitos de exposição continua ou prolongada, que poderá conduzir a efeitos genotóxicos distintos, esta xxi deverá ser complementada com outras linhas de evidência relativamente à segurança dos NMs. Perante a incerteza dos níveis de exposição real do organismo humano e do ambiente, a segurança da utilização dos NMs não pode ser garantida a longo prazo e, tendo em conta a elevada produção e utilização destes NMs, são prementes futuros estudos de monitorização ambiental e humana.

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Relatório de estágio de mestrado em Ensino de Música

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Programa Doutoral em Engenharia Têxtil.

Estudo da influência de nanotubos de carbono funcionalizados nas propriedades de revestimentos de poliuretano

Dissertação de mestrado em Propriedades e Tecnologias de Polímeros

Distribuição espacial da granulometria, cor e carbono orgânico do solo ao longo de um transecto em microbacias na Amazônia meridional

O objetivo deste estudo foi determinar, em nível de detalhe, a distribuição e a variabilidade espacial da argila, do índice de avermelhamento e do carbono orgânico do solo, ao longo de transecto que cruza classes pedológicas distintas dentro de quatro microbacias, sob floresta tropical em Juruena (MT). Para isso, foram selecionados 34 pontos e coletadas amostras de solo nas profundidades de 0 a 20 cm e 40 a 60 cm. Os dados foram analisados por estatística descritiva e geoestatística. As maiores variabilidades espaciais ocorreram dentro da classe do Latossolo Vermelho-Amarelo Distrófico. Estes ocorrem nas elevações superiores a 280 m, enquanto os Plintossolos e Argissolos (com caráter plíntico) têm ocorrência restrita às áreas com altimetrias menores. Ao longo do transecto há maior variabilidade nos atributos índice de avermelhamento e argila; as áreas com piores condições de drenagens apresentaram menor variação espacial e menores índice de avermelhamento, isto é, maior homogeneidade da cor dos horizontes diagnósticos.

Carbono orgânico nas frações granulométricas e substâncias húmicas de um Latossolo Vermelho Amarelo distrófico - LVAd sob diferentes agrossistemas

No presente estudo foram avaliados os teores de carbono orgânico total nas frações húmicas e granulométricas de um Latossolo Vermelho Amarelo distrófico sob quatro sistemas de uso: Floresta nativa (FL), agrossilvopastoril (SS), agroflorestal (SA) e pastagem (PA), na região norte mato-grossense. As amostras do solo foram coletadas em Juruena e Juara, Mato Grosso e preparadas para posterior fracionamento físico e químico. Os resultados indicaram que os diferentes sistemas de uso do solo influenciaram diretamente na quantidade de carbono orgânico total das frações granulométricas e das substâncias húmicas dos solos. O sistema agrossilvopastoril apresentou pronunciada diferenciação em relação aos demais sistemas estudados, principalmente quanto à concentração de humina e ácidos fúlvicos livres. A distribuição do carbono orgânico total na fração granulométrica fina (< 53 μm) foi superior a da fração grosseira (> 53 μm) para todos os agrossistemas, indicando maior presença de material orgânico agregado ao silte e argila.

Carbono orgânico e biomassa microbiana do solo em plantios de Acacia mangium no Cerrado de Roraima

O objetivo do estudo foi avaliar os efeitos de plantios de Acacia mangium, localizados no cerrado em Roraima, sobre o carbono orgânico e biomassa microbiana do solo. Foram realizadas amostragens de solo nas profundidades de 0-20 cm e 20-40 cm em dois plantios de A. mangium com cerca de cinco anos de idade, e em duas áreas de Cerrado nativo consideradas referência. Um dos plantios de A. mangium (localizado na Fazenda Cigolina) correspondeu a um plantio homogêneo (espaçamento de 3,6 m entre linhas e 2,0 m entre plantas) enquanto que o outro (localizado no Campo Experimental Água Boa - CEAB) correspondeu a um plantio em faixas com duas linhas de plantio (espaçamento de 6 m entre linhas, 2,5 m entre plantas e cerca de 30 m entre faixas). As amostras de solo foram analisadas quanto ao carbono orgânico, carbono da biomassa microbiana, respiração basal do solo e quociente metabólico, além de atributos químicos de fertilidade. Foi verificado que os plantios de A. mangium não proporcionaram aumentos significativos do carbono orgânico do solo em comparação às áreas de referência. Entretanto, na média geral, esses plantios proporcionaram aumento do carbono da biomassa microbiana do solo e redução do quociente metabólico, indicando a possibilidade de acúmulo de carbono orgânico no solo em longo prazo. Também foi observado que, em comparação ao plantio da fazenda Cigolina e às áreas de referência, o carbono microbiano do solo foi maior e acompanhado de menor quociente metabólico no plantio de A. mangium no CEAB, mostrando que a estrutura de plantio exerceu influência sobre a biomassa microbiana do solo.

Impacto da conversão floresta - pastagem nos estoques e na dinâmica do carbono e substâncias húmicas do solo no bioma Amazônico

O presente estudo avaliou as consequências do desmatamento e a utilização do solo com Brachiaria brizantha em relação ao estoque e dinâmica de C e frações húmicas em duas floresta-pastagem no Acre. A primeira localizada sequências município de Rio Branco em área de Floresta Aberta com bambu e palmeira e duas pastagens de B. brizantha de 3 e 10 anos com predomínio de Argissolo Vermelho-Amarelo alítico plíntico. O segundo situado no município de Senador Guiomard em área de Floresta Densa e pastagem de B. brizantha de 20 anos em Latossolo Vermelho-Amarelo distrófico. Em cada local foram coletadas, em triplicata, amostras de solos nas profundidades de 0-5, 5-10, 10-20 e 20-40 cm. Nestas amostras foram avaliadas as características físico-químicas, o C das substâncias húmicas e da matéria orgânica leve, e a composição isotópica do solo e das respectivas frações orgânicas até 1 m de profundidade, determinando o percentual de C derivado da pastagem e da floresta. Houve incremento nos estoques de C do solo e nos valores de δ13C do solo com o tempo de utilização da pastagem, em ambas as sucessões. A porcentagem de C derivado de pastagem foi expressiva na camada superficial do sistema com 20 anos de uso, com proporções que chegaram a 70% do C total. Os valores de δ13C para os ácidos húmicos variaram de -12,19 a -17,57 ‰, indicando maior proporção de C derivado da pastagem. A estabilidade estrutural da MOS, inferida pela relação humina com as frações ácido fúlvico e ácido húmico (HUM/FAF+FAH), tenderam a diminuir nos ecossistemas de pastagem quando comparada com as florestas naturais.

Frações de carbono e nitrogênio de um Latossolo Vermelho-Amarelo distrófico sob diferentes usos na Amazônia brasileira

O objetivo deste estudo foi avaliar indicadores de qualidade de um Latossolo Vermelho-Amarelo distrófico sob vegetação nativa de floresta, pastagem (Brachiaria brizantha cv. marandu), plantio convencional, cultivo mínimo e sistema de plantio direto. Foram determinados o carbono e o nitrogênio da biomassa microbiana do solo, o carbono orgânico e o nitrogênio total do solo, quocientes microbianos para carbono e nitrogênio e relações entre carbono orgânico e nitrogênio total do solo (C/N tot) e entre carbono e nitrogênio da biomassa microbiana (C/N mic). As amostras foram coletadas em Cerejeiras/RO, em duas profundidades (0-10 e 10-20 cm) nos cinco tratamentos, com cinco repetições. A análise estatística consistiu na análise de dados discrepantes, pelo método de Chauvenet, e dos pressupostos das variâncias, pelo teste de Bartlett e de Shapiro-Wilk, seguidos do teste de Kruskal-Wallis, entre os tratamentos, e comparação das variáveis entre as profundidades, pelo teste de Mann-Whitney, e ainda da análise de agrupamentos utilizando o método de Ward, todos ao nível de 5% de probabilidade. Os diferentes usos do solo influenciam as variáveis avaliadas, com exceção da relação C/N tot, sendo que as variáveis microbiológicas demonstram-se mais sensíveis às mudanças do uso e manejo do solo. O sistema de plantio convencional é o tratamento que apresenta maior homogeneidade entre as profundidades. A análise de agrupamentos evidencia que o solo sob plantio direto, sistema de cultivo mínimo e plantio convencional apresenta semelhanças entre si, assim como, o solo sob vegetação nativa de floresta e pastagem também se assemelham.

Emissão de fluxos foliares, floração e ciclagem de nutrientes em clones de copa de Hevea pauciflora

A fenologia foliar tem sido utilizada como uma característica importante na seleção dos clones de Hevea spp., enquanto o teor de nutrientes na serapilheira é um bom indicador da ciclagem de nutrientes. O objetivo deste trabalho foi verificar o efeito da periodicidade de emissão de fluxos foliares na floração de copa de Hevea pauciflora, estado nutricional e qualidade da serapilheira. Foram avaliadas 15 plantas de 10 anos de idade dos clones de copa CNS G 112, CNS G 124 e CBA 2. Nas condições edafoclimáticas da Amazônia tropical úmida, a emissão de folhas e de floração de H. pauciflora ocorre com maior intensidade no segundo semestre (início do período chuvoso). A H. pauciflora apresenta maior acúmulo de serapilheira que a floresta primária e os teores foliares de 22,18 g kg-1 de N, 1,47 g kg-1 de P, 5,77 g kg-1 de K, 3,79 g kg-1 de Ca, 2,09 g kg-1 de Mg, 16,15 mg kg-1 de B, 6,14 mg kg-1 de Cu, 53,87 mg kg-1 de Fe, 66,20 mg kg-1 de Mn e 48,44 mg kg-1 de Zn podem ser utilizados como referência para essa espécie de seringueira.

Dinâmica e estoque de carbono em floresta primária na região de Manaus/AM

Este trabalho analisou dados de três inventários florestais realizados na área da Floresta Experimental, pertencente à Embrapa Amazônia Ocidental e localizada no km 54 da BR-174, em Manaus/AM. O objetivo foi estudar a dinâmica da floresta - taxas de incremento, recrutamento e mortalidade - além do estoque de carbono, em uma área de floresta primária, sem qualquer tipo de intervenção. Os inventários foram realizados nos anos de 2005, 2007 e 2010, em 15 parcelas permanentes de 1 hectare cada, onde foram mensuradas todas as árvores com diâmetro a 1,3 m de altura do solo (DAP) superior a 10 cm. Foram calculadas as taxas de recrutamento e mortalidade, os incrementos periódicos anuais (IPAs) em termos de DAP, área basal e volume, as biomassas fresca e seca acima do nível do solo e total e o estoque de carbono da vegetação. As taxas de recrutamento foram de 2% e 1,8% e as de mortalidade foram de 0,95% e 1,3% para os períodos entre 2005 e 2007 e 2007 e 2010, respectivamente. O volume foi de 345,62 m3 ha-1 para o ano de 2005, aumentando para 360,67 m3 ha-1 em 2010, com IPAs de 4,32 m3 ha-1 ano-1 entre 2005 e 2007 e 1,31 m3 ha-1 ano-1 entre 2007 e 2010. O estoque de carbono total teve um acréscimo de 173,63 t C ha-1 em 2005 para 181,01 t C ha-1 em 2010, confirmando que a floresta acumulou carbono no período, atuando assim como sumidouro.

Dependência espacial em levantamentos do estoque de carbono em áreas de pastagens de Brachiaria brizantha cv. Marandu

Foi conduzido um estudo utilizando análise de semivariogramas para quantificar a autocorrelação espacial dos estoques de carbono (EC) no solo, biomassa da gramínea e das plantas daninhas em três parcelas experimentais de pastagens de Brachiaria brizantha cv. Marandu com níveis baixo, médio e alto de degradação, cultivadas em Neossolo Quartzarênico Órtico. As coletas das plantas e do solo foram realizadas em malha de amostragem regular com distâncias de 5 x 5 m em área de 900 m². Os EC das pastagens foram submetidos às analises de estatística descritiva, ao teste não-paramétrico de Kruskal-Wallis ao nível de 5% de significância, ao estudo geoestatístico e interpolação por krigagem ordinária. A variabilidade espacial do EC foi observada dentro e entre as pastagens de capim-Marandu com níveis baixo, médio e alto de degradação. A pastagem de capim-Marandu com nível baixo de degradação teve menor continuidade espacial, por apresentar menores alcances no EC, na biomassa da gramínea e na biomassa total (gramínea + plantas daninhas), no solo e no sistema solo x pastagem (solo + biomassa total). A grade de 5 x 5 m foi adequada para caracterizar a variabilidade espacial de pastagens de capim-Marandu com níveis de degradação baixo e alto. Área de pastagem de capim-Marandu com grau médio de degradação apresenta coeficientes de variação altos entre os valores EC; o que comprometeu a modelagem espacial que também pode ter ocorrido devido ao baixo número de amostras realizadas (n=36). Assim, pontos de amostragem menores que 5 m podem melhorar a precisão dos ajustes dos semivariogramas.

Impacto da degradação sobre o estoque total de carbono de florestas ripárias na Amazônia Oriental, Brasil

As florestas ripárias provêem serviços ecossistêmicos essenciais à humanidade, mas estão sendo degradadas em um ritmo acelerado na Amazônia. Esse estudo teve como objetivo quantificar os estoques de carbono acima e abaixo do solo de florestas ripárias com quatro níveis de degradação (muito alta, alta, média e baixa) em duas microbacias (Rio Pepital e Rio Grande) em Alcântara (Maranhão), na Amazônia Oriental. Foram instaladas 24 parcelas permanentes de 1.000 m2, onde a vegetação (árvores, arbustos, herbáceas, lianas e palmeiras), a necromasa (serapilheira, árvores mortas, galhos) e o solo (0-20 cm e raízes) foram amostrados. A biomassa foi estimada mediante modelos alométricos (vegetação com DAP > 1 cm e árvores mortas) e de forma destrutiva (herbáceas, serapilheira, galhos finos, raízes). O estoque total de carbono nas florestas ripárias mais conservadas variou entre 88 e 202 Mg(C) ha-1. A degradação reduziu significativamente o estoque de carbono em todos os compartimentos (até 97% na biomassa viva acima do solo, até 91% de necromassa e até 47% no solo). Nas áreas conservadas, a biomassa viva acima do solo tem a maior participação no estoque total de carbono (> 70%), principalmente devido às árvores de grande porte. O estoque de carbono nos diferentes compartimentos estão fortemente relacionados entre si e também com a abertura do dossel. A incorporação desses resultados em modelos regionais de carbono pode auxiliar na implementação e revisão do Código Florestal Brasileiro, em particular na restauração das florestas ripárias onde a agricultura está consolidada.

Preparação de suspensões aquosas de nanopartículas de carbono para deposição em superfícies

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia de Materiais

Técnicas de análise laboratorial para solos, matéria vegetal e corretivos orgãnicos

Dissertação de mestrado em Técnicas de Caracterização e Análise Química