Competências transversais

As competências técnicas nesta temática remontam a história do CNPEM e é reforçada pelo sucesso do Projeto Sirius que se tornou a terceira máquina do mundo de 4ª geração a entrar em operação. Este é um projeto de física e engenharia com características singulares, com desafios em várias áreas, desde sofisticados cálculos matemáticos para a definição dos parâmetros dos aceleradores até o projeto de diferentes componentes mecânicos e eletrônicos com requisitos restritos de tolerância e fabricação.

Destaca-se também as competências em física das radiações. Aceleradores síncrotron são fontes controladas de radiação ionizante, e para garantir a segurança radiológica da instalação é necessário conhecer os processos de produção e interação das radiações produzidas com os diferentes materiais. Este conhecimento está diretamente associado ao projeto de blindagens e sistemas de segurança radiológica de um síncrotron

A área de bioimagens do CNPEM é um esforço científico multidisciplinar entre os laboratórios nacionais para desenvolver abordagens multimodais e multiescala para obtenção de dados morfo-fisiológicos focados em saúde humana. Modelamos doenças em animais de experimentação e em células tronco humanas de pluripotência induzida (hiPSC). Nesta técnica, células de um indivíduo adulto (sangue, pele, urina etc.) são reprogramadas de modo que voltem a se comportar como as células embrionárias, as células hiPSC e, então, podem ser diferenciadas nos mais diversos tipos celulares que compõe o corpo humano, como por exemplo as células do cérebro, ou coração.

O avançado parque de equipamentos, com destaque para as linhas de luz do Sirius e o parque de crio- e microscopia eletrônica, em conjunto com as competências dos pesquisadores do CNPEM permitem correlações entre os dados obtidos por modelagens com aqueles oriundos de experimentos minimamente invasivos para visualização de amostras ou processos biológicos, gerando camadas de informação que, quando combinadas, formam a chamada “microscopia multimodal correlativa”.

Ferramentas que caracterizem os materiais na escala nano (~40.000 vezes menor que o diâmetro de um fio de cabelo) são necessárias para o contínuo aprimoramento de pesquisas em inúmeras áreas de atuação. A microscopia eletrônica pode atingir resoluções que capacitam a observação nesta escala ou ainda em escala atômica, possibilitando a visualização dos átomos que constituem a matéria, sua composição química e estado de oxidação. Esta técnica experimental, em conjunto com as diferentes aplicações de luz sincrotron, abrangem importantes possibilidades para desvendar a estrutura da matéria.

Durante sua história, o CNPEM desenvolveu capacidade para projetar e produzir instrumentos científicos, competência associada ao conhecimento acumulado desde a construção da primeira fonte de luz síncrotron no Brasil e, posteriormente, alavancada pela complexidade e os elevados requisitos técnicos do Projeto Sirius. Esta experiência tornou o CNPEM referência nacional e internacional em diversas especialidades tais como: tecnologia mecânica, vácuo e materiais, eletromagnetismo, instrumentação e software, além de competências em projetos e construção de sofisticadas infraestruturas prediais. A partir destes conhecimentos, o CNPEM se habilita a desenvolver diferentes projetos. Destaca-se que ao final de 2020, foi firmado um acordo de colaboração entre CNPEM e CERN com foco principal na pesquisa e compartilhamento de recursos e transferência de tecnologia na área de supercondutividade.

A micro e nanofabricação representam um conjunto de técnicas avançadas de manipulação e combinação de materiais com vasta gama de aplicações. A produção de dispositivos multifuncionais é um exemplo de área altamente dependente do avanço destas técnicas e pode viabilizar a criação de novos dispositivos multifuncionais com propriedades únicas para aplicações nas áreas da saúde, energia e meio ambiente.

As instalações de micro e nanofabricação do CNPEM oferecem uma infraestrutura multiusuário aberta para a produção de dispositivos e criada para apoiar as comunidades científica e industrial por meio do acesso a equipamentos, processos e equipe técnica pronta para enfrentar os desafios científicos e tecnológicos de nossa comunidade.

No CNPEM contamos com uma ampla estrutura para síntese de materiais. É possível obter nanoestruturas via processos como deposição de filmes finos por “physical vapor deposition” (PVD) por filamento resistivo, por feixe de elétrons, pulverização catódica, além de deposição de camadas atômicas (ALD), “pulsed laser deposition” (PLD), “molecular beam epitaxy” (MBE), processos químicos de síntese coloidal em solução e eletrodeposição. Estas instalações singulares permitem a síntese e processamento de nanocristais coloidais inorgânicos com elevado controle de tamanho, forma e composição química, filmes finos metálicos, dielétricos, e semicondutores, materiais 2D, moléculas orgânicas, e nanocompósitos. Com foco em síntese de produtos oriundos de biomassa, o Centro possui laboratórios e competências para obtenção de nanocelulose fibrilar, celulose nanocristalina e nanopartículas de lignina. Através das técnicas de biologia sintética, estrutural e computacional utilizamos rotas bioquímicas para a produção sustentável de produtos químicos, biocombustíveis, bioquímicos e biomateriais. Além de todo parque tecnológico dos laboratórios, a área conta com uma equipe qualificada para estudar os fenômenos e melhorar os processos da bancada à escala piloto.

Atuamos no desenvolvimento de novas metodologias computacionais para cálculos da estrutura eletrônica de materiais, dinâmica molecular e transporte eletrônico, bem como plataformas de inteligência artificial para descoberta de novos materiais e outras aplicações. Em todas as áreas de pesquisa, o suporte teórico no entendimento e simulação dos dados experimentais potencializa e qualifica os resultados. O CNPEM atua no desenvolvimento e aplicação de metodologias computacionais e dispõe de extensa e abrangente infraestrutura computacional para este fim.