Projetos
Uma das causas mais comuns de anormalidades na nossa pele está relacionada com alterações estruturais nos constituintes internos que apresentam alterações físicas subtis e indetectáveis ao olho clínico. As ferramentas clínicas disponíveis para inspeção e exame da pele são insuficientes para avaliar essas alterações microscópicas. Este projeto apresenta uma solução não invasiva, compacta e capaz de superar essas dificuldades usando uma técnica de imagem acústica para uma observação contínua das mudanças sutis das lesões cutâneas. Investigamos métodos fotoacústicos induzidos por laser para sondar as camadas da pele e algumas de suas estruturas mais notáveis, como o folículo piloso. Os métodos utilizados aproveitam a geração de pulsos de banda larga com frequências muito altas, acima de 100 MHz, para investigar essas estruturas com maior precisão. A geração desses pulsos ultrassônicos de banda larga será feita com materiais piezofotônicos inovadores capazes de converter eficientemente a energia de um pulso de luz infravermelha (por exemplo, 30 mJ a 1064 nm) em ultrassom de banda larga. A pele é composta por camadas de corneócitos com espessuras submilimétricas que constituem uma barreira eficaz contra alérgenos, toxinas e muitas substâncias químicas, inclusive a permeação de fármacos. Em pulsos de ultrassom em altas intensidades (> 10 atm) mostraram-se eficientes na permeabilização de membranas biológicas, como a pele.
Numa sociedade em envelhecimento, onde se prevê que a vida ativa da população possa em breve ser alargada até aos 70 anos de idade, há uma necessidade crescente de parecer jovem e saudável. A restauração capilar constitui uma das principais preocupações e está entre os procedimentos cirúrgicos mais comuns da medicina estética e regenerativa. Em 2006, o minoxidil a 5% foi aprovado pelo FDA para tratamento tópico da alopecia sem receita médica. Além disso, o uso de minoxidil é recomendado concomitantemente ou após o transplante capilar. Embora o uso de minoxidil tenha comprovado sua eficácia no tratamento da alopecia, o tratamento tópico prescrito com aplicações duas vezes ao dia leva a baixa adesão e resultados gerais desanimadores. Esta investigação propõe a integração em um dispositivo miniaturizado, de baixo custo de produção, das seguintes características: (i) ecografia com ultra-som de altíssima frequência, (ii) fotoacústica infravermelha e (iii) permeabilização da pele. A avaliação do potencial deste aparelho deve ser feita em ambiente real, coletando informações sobre o folículo piloso, e seu potencial para permeabilizar a pele e aumentar a entrega de minoxidil ao folículo piloso, a fim de combater a diminuição do seu volume e remediar a alopecia.
Ondas fotoacústicas são geradas quando luz pulsada, por exemplo um pulso de laser, atinge um material absorvente, transformando essa energia em calor que é rapidamente dissipado (picossegundos). Essa rápida deposição de calor gera uma onda acústica de alta frequência, ou onda de pressão, que se propagará pelo material. A frequência e o comprimento de onda associados a essa onda de pressão dependem das propriedades elásticas do material, que estão intrinsecamente relacionadas à velocidade do som no material. Se as características do pulso de luz incidente forem moduladas de acordo com a frequência da onda fotoacústica gerada no material, é possível obter a condição de ressonância entre a frequência da onda fotoacústica (onda de pressão) gerada e a frequência de incidência do laser pulso de feixe, que produzirá uma nova onda a cada incidência, gerando assim uma onda de pressão ressonante.
Nossa proposta é utilizar filmes metálicas com diferentes espessuras, desde micrômetros a milímetros e produzir ondas fotoacústicas ressonantes a fim de gerar altas pressões na estrutura desse metal, induzindo alteração nas posições dos átomos na sua estrutura. Essas ondas de pressão devem atingir o limite de pressão Hugoniot, que determina o limite elástico irreversível de deformação da estrutura de um sólido com valores entre 0,2 a 20GPa de pressão. Ao atingir esse limite, espera-se que a estrutura interna dos metais sofra uma deformação suficientemente grande para promover uma mudança estrutural.
Pretende-se a partir da casca de arroz obter óxido de silício (e silício) e carbeto de silício, com elevado grau de pureza (maior do que 99,8%). Pretende-se desenvolver novos processos e métodos minimizando o custo energético. O trabalho parte de uma escala laboratorial em que se pretende determinar a influência de várias variáveis das quais os processos dependem (como composição, temperatura, estequiometria), na eficiência de novos processos propostos. Pretende-se averiguar os mecanismos de reação associadas aos processos. O primeiro objetivo será usar processos de pré-tratamento mais eficientes, usando métodos físicos e químicos que permitem alcançar purezas elevadas e controlo da morfologia. O segundo objetivo passa pela utilização de processos térmicos com magnésio de forma a diminuir a temperatura de pirólise de 1400-1800 °C para 500-900 °C, baixando a pegada e fatura energética. A fim de obter silício com alta pureza e controlo morfológico, também utilizaremos uma forma alternativa e inovadora de promover a redução de sílica a silício a partir de um processo carbotérmico induzido por um feixe de laser pulsado, que pretendemos desenvolver com uma eficiência energeticamente superior para a necessária transferência de calor de reação.