Esqueça tudo o que você um dia imaginou, ou tentou desvendar em termos de ciência, quando foi fazer um raio-x, uma tomografia ou ressonância magnética. Afinal, já é impressionante ter uma ‘fotografia’ de dentro do corpo humano, dos órgãos internos em imagens 2D, sem nenhuma técnica invasiva.

E que tal uma técnica, também não invasiva, mas que ‘olha’ as moléculas que compõem seu corpo, vasculhando o seu microcosmo particular e escaneando minúsculas estruturas antes inacessíveis? Esta tecnologia representa um dos campos mais promissores e estratégicos para a inovação e desenvolvimento de novas tecnologias, definida pelos cientistas de sonda de nêutrons. É a Física Quântica dando sua contribuição para desvendar o mundo subatômico. 

Mas não é só na Medicina que os nêutrons estão promovendo revoluções. Na Arqueologia, especialmente na restauração de pinturas, a sonda pode penetrar as camadas de tintas acumuladas durante séculos, mostrando as cores, as sobreposições e até apontando uma estimativa mais exata da idade da obra. 

Incrível, não é mesmo? Mas, calma, há ainda muitas outras potencialidades em que os nêutrons podem promover incontáveis e, até então, inimagináveis inovações.

Mas como preparar pesquisadores para os desafios que esta ferramenta impõe e que ganhou visibilidade no começo dos anos 2000? É aí que está a importância da Primeira Escola Paranaense de Aplicações de Nêutrons no Agro, Medicina, Indústria, Energia e Novas Tecnologias, a ser realizada entre 20 e 25 de outubro, em Curitiba, no campus Rebouças da Universidade Federal do Paraná (UFPR).  

O evento científico está sendo preparado pelo Novo Arranjo de Pesquisa e Inovação Energia Zero Carbono (NAPI EZC) e é um dos principais produtos do Arranjo. O objetivo é apresentar aos participantes como as técnicas que utilizam nêutrons como sonda podem contribuir para as áreas de Agricultura, Biotecnologia, Energia, Metalmecânica, Medicina e Novas Tecnologias, que são as que se pretende impactar com a realização do evento científico.

Como sabemos das aulas de Física na escola, nêutrons são partículas subatômicas neutras, isto é, sem carga elétrica, que são encontradas no núcleo dos átomos, juntamente com os prótons, carregados positivamente. Através da espalação de nêutrons, tradução para Spallation Neutron Source (SNS), é possível obter estas partículas para  explorar a estrutura e a dinâmica da matéria com a finalidade de investigar materiais em uma escala atômica e molecular. 

Devido a sua natureza neutra e magnética, os nêutrons interagem de forma única com os núcleos dos átomos e com os campos magnéticos dentro dos materiais, permitindo a obtenção de informações detalhadas que seriam inacessíveis com outras técnicas como os Raios-x. A relevância do uso das técnicas com nêutrons deve-se à sua capacidade de interagir com os materiais de maneira não destrutiva. Isso é particularmente importante em todas as áreas do conhecimento, em que a integridade das amostras muitas vezes precisa ser preservada.

Neste contexto, a Escola de Nêutrons 2025 tem como meta proporcionar aos participantes uma compreensão abrangente das técnicas de nêutrons, abordando tanto os fundamentos teóricos quanto suas aplicações experimentais. A programação incluirá aulas expositivas e tutoriais com softwares especializados, garantindo uma formação completa e integrada nas diversas etapas do uso científico dessa metodologia.

A iniciativa conta com colaborações que almejam resultar em propostas de financiamento submetidas as agências de fomento como Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior, (CAPES), Fundação Araucária (FA) e Science and Technology Facilities Council (STFC), do Reino Unido, por meio do laboratório ISIS Neutron and Muon Source (ISIS/UK). O intuito é fomentar a mobilidade de pesquisadores para a realização de experimentos com feixes de nêutrons, bem como consolidar uma massa crítica de cientistas usuários dessa técnica.

“Nêutrons é uma das ferramentas que os pesquisadores do NAPI EZC dispõem para usar como sonda para estudar materiais para a geração de energia. E, no trabalho, especialmente com nossos contatos com colegas do ISIS, que é o laboratório que acessamos, surgiu a ideia de gente fazer a Primeira Escola Paranaense de Aplicação de Nêutrons”, afirma o articulado do NAPI Energia Zero Carbono, professor de Física da Universidade Estadual de Maringá (UEM), Ivair Aparecidos dos Santos.

Santos explica que houve um direcionamento dos objetivos para as áreas que são realmente do interesse do Paraná, como a agricultura, produção de fármacos, biotecnologia e na parte de energia. “O Paraná, nessas quatro áreas, tem destaque nacional e decidimos direcionar para mostrar às pessoas como essa sonda é interessante na aplicação em várias áreas de conhecimento”, ressalta.

Iniciativa visionária

A pesquisadora associada ao Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (Ipen), Margareth Kazuyo Kobayashi Dias Franco, está na organização e participou dos primeiros movimentos para a realização da escola científica no estado. 

“Fomos apresentar a proposta para a Fundação Araucária, no ano passado, que foi visionária e viu como um bom investimento em termos de pesquisa e inovação, ao firmar uma colaboração com o ISIS/UK, que tem o intuito de difundir o uso dos nêutrons mundo afora para pesquisadores. Nós, brasileiros, fomos privilegiados. E mais privilegiados ainda são os pesquisadores do Paraná, porque a Fundação Araucária acreditou e está investindo para que isso aconteça”, enfatiza Franco.

Serão ofertadas 50 vagas, sendo que 40 são para alunos de pós-graduação que atuam no Paraná. Eles serão financiados pela Fundação Araucária em relação a gastos com transporte, hospedagem e alimentação. As outras 10 vagas serão destinadas a alunos de pós-graduação e recém-doutores que vivem em outros estados, que ficarão a cargo do ISIS/UK.

Um comitê científico irá selecionar os aprovados, que devem apresentar uma carta de recomendação dos orientadores e explanar suas motivações para participar da escola, além de enviar um currículo e histórico acadêmico.

“Não há necessidade dos participantes terem um projeto de pesquisa para enviar, mas precisam ter um interesse e um certo conhecimento também, porque não dá para chegar sem referências em Física ou Matemática. Por isso, definimos que somente alunos pós-graduados podem participar”, justifica Franco.

O interesse é tamanho que, em março do ano passado, foi realizado, na UFPR, o “I Neutron Techniques Workshop”, evento que consolidou a colaboração entre ISIS Neutron and Muon Source-UK e Brasil. Este encontro, que contou com 148 participantes, teve como foco a troca de informações sobre pesquisas realizadas na universidade, estabelecer uma base sólida para projetos de colaboração conjunta e formação de futuros usuários das técnicas com Nêutrons.

Margareth trabalhou no projeto do Reator Multipróposito Brasileiro (RMB), que ajudará a pesquisa no Brasil. Franco informa que na Argentina, o projeto do reator RA-10 está mais adiantado e haverá cooperação entre os dois países.

“O workshop de 2024 foi uma preparação antecipada com usuários de nêutrons, que agora será ampliada e vai colocar a gente na frente em relação a aplicações nas áreas estratégicas de interesse do Paraná”, destacou a pesquisadora do Ipen.

Experimentação

O Laboratório de Óptica de Raios-x e Instrumentação (LORXI), da Universidade Federal do Paraná, é  o mais antigo laboratório de pesquisa no Departamento de Física da instituição. Um dos coordenadores é o professor Fabiano Yokaichiya, que trabalha no campo de experimentação utilizando nêutrons, e envolve a colaboração com o ISIS-Muon and Neutron Source UK para expandir as áreas de atuação. O trabalho prevê incluir a caracterização estrutural a partir de nêutrons, complementando assim as técnicas já utilizadas com os Raios-x.

“A técnica de nêutrons começou a ser desenvolvida nos anos 1990, mas teve um boom nos anos 2000. A grande vantagem apresentada é que será possível ver partículas mais leves, como carbono, hidrogênio, que no Raio-x não é possível”, explica Yokaichiya. Para a parte tecnológica, a vantagem é que se mostrou uma técnica própria para o magnetismo, o que vai otimizar os processos de pesquisa de materiais, também impossível com o Raio-x.

“Por fim, os nêutrons também são ideias para verificar as características de movimento dentro do material, registrando a dinâmica interna. É possível ver um átomo ou uma molécula vibrando dentro do material e, junto com algumas técnicas ópticas, são as técnicas para se observar esses comportamentos dinâmicos”, completa.

Pontos focais

Em relação aos temas definidos para a Primeira Escola Paranaense de Nêutrons 2025, no que se refere à agricultura, será apresentado um estudo do solo e fertilizantes e como os nêutrons podem ser usados para mapear a distribuição de água no solo.  Desta forma,  poderá se verificar a interação de fertilizantes com o ambiente, ajudando a melhorar sua eficiência e reduzir impactos ambientais, entre outros aspectos.

Já no campo da biotecnologia, nêutrons são ideais para estudar a estrutura de proteínas, DNA e enzimas, permitindo o desenvolvimento de biotecnologias inovadoras, como biossensores e novos biocatalisadores¹. Assim, será possível observar interações moleculares em soluções, auxiliando no design de biotecnologias, como sistemas de entrega de medicamentos.

Para a área de energia, o foco está em estudos de materiais para baterias e células a combustível: os nêutrons permitem investigar estruturas internas de materiais usados em baterias de lítio, hidrogênio e sistemas de armazenamento de energia, melhorando eficiência e durabilidade. Há ainda o desenvolvimento de catalisadores e as técnicas de espalhamento que ajudam a entender catalisadores usados em reações químicas, como as aplicadas à captura e conversão de CO₂. 

As técnicas baseadas em nêutrons permitem, ainda, medir tensões internas em componentes metálicos, ajudando a prever falhas e melhorar a qualidade em indústrias como  automotiva, aeroespacial e de máquinas agrícolas, parte que compreende a Metalmecânica. Os nêutrons podem ser usados para analisar processos como soldagem, tratamentos térmicos e impressão 3D, otimizando o desempenho de peças fabricadas. 

Voltando à medicina, a aplicação de nêutrons contribui para o desenvolvimento de novos fármacos, usados para determinar estruturas de moléculas orgânicas e interações proteína-ligante, facilitando o design de medicamentos mais eficazes. Técnicas como tomografia com nêutrons podem ser aplicadas para estudar estruturas anatômicas ou detectar anomalias em materiais biológicos, além de proporcionar a investigação de materiais para próteses, implantes e dispositivos médicos, com vistas ao entendimento de sua biocompatibilidade² e funcionalidade. 

Por fim, na área de novas tecnologias tem-se o design de materiais nanoestruturados³. A investigação com nêutrons auxilia na compreensão de materiais com propriedades únicas, como materiais fotônicos⁴, magnéticos ou supercondutores, entre outras aplicações.

Expectativas

O articulador do NAPI Energia Carbono Zero, professor Ivair Aparecido dos Santos, acredita que, apesar do número de vagas ser limitado, haverá certa facilidade para completar a meta e a expectativa é que o evento transcorra da melhor maneira possível, com muitos desdobramentos futuros.

“Já temos vários convidados por escolas nacionais e internacionais confirmados e agendados para darem suas palestras e seus cursos durante a escola, contribuindo para a formação de massa crítica nacional na área de nêutrons”, enfatiza.

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Texto: Silvia Calciolari
Revisão de texto: Ana Paula Machado Velho
Arte: Lucas Higashi
Supervisão de arte: Lucas Higashi
Edição Digital: Guilherme Nascimento

Glossário

1. Biocatalisadores – Os biocatalisadores são substâncias naturais ou artificiais que aceleram as reações químicas, como enzimas, os hormônios e as vitaminas. ↩︎
2. Biocompatibilidade – A biocompatibilidade é a capacidade de um material interagir com sistemas biológicos sem provocar reações adversas, sendo um conceito fundamental na área da farmacologia e engenharia de materiais. ↩︎
3. Nanoestruturados – Nanoestruturado refere-se a materiais ou substâncias que possuem dimensões na escala nanométrica, geralmente variando de 1 a 100 nanômetros. A nanotecnologia envolve a manipulação da matéria nos níveis atômico e molecular para criar materiais nanoestruturados com propriedades únicas. ↩︎
4. Materiais fotônicos – Materiais fotônicos são materiais especiais que podem controlar e manipular a luz. Eles são usados em várias tecnologias para melhorar como a luz interage com diferentes superfícies. ↩︎

A pesquisa que mencionamos contribui para os seguintes ODS:

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