4 - Desvendando a estrutura de biomateriais por microscopia eletrônica tridimensional

Resumo:

A microscopia eletrônica nas modalidades de transmissão (MET), varredura (MEV) e a de varredura por transmissão (STEM) são técnicas fundamentais para visualizar estruturas em escala nanométrica com alta resolução. Contudo, produzem apenas imagens bidimensionais (2D), que representam projeções de amostras tridimensionais (3D). Para superar esta limitação e compreender melhor a morfologia e funcionalidade de materiais em áreas como nanotecnologia, biologia e microeletrônica, foram desenvolvidos métodos avançados de reconstrução tridimensional, a partir de múltiplas imagens 2D obtidas seja, em diferentes ângulos pela inclinação controlada da amostra (tomografia eletrônica) ou por cortes e imageamento sequenciais (microscopia eletrônica de duplo feixe – FIB-SEM). Nas ciências físicas, a análise 3D é essencial para investigar a distribuição de elementos químicos, correlacionando essas informações com propriedades mecânicas, elétricas e ópticas em micro e nanoescala. Já nas ciências biológicas, essa abordagem permite desde o entendimento de estruturas biológicas e biomoléculas complexas até o desenvolvimento de próteses e fármacos. Muitos estudos, por exemplo, visam compreender a formação óssea, incluindo a possível hierarquia na mineralização do osso saudável e suas etapas de desenvolvimento (Zelaya, 2019-2021). Neste módulo, vamos mapear nanomateriais em estruturas ósseas para verificar a hierarquia do osso formado, analisando morfologia, orientação cristalográfica, porosidade e composição química. Utilizaremos técnicas de reconstrução 3D por microscopia eletrônica e softwares especializados para processamento e análise de dados. Essa abordagem permitirá estudar a complexidade da estrutura óssea, desde a escala nanométrica (cristais e colágeno) até o tecido funcional na escala micrométrica. Durante o curso, os alunos aprenderão a preparar amostras para FIB, adquirir tomografia eletrônica em MET e realizar a reconstrução 3D a partir de ambas as técnicas. A programação inclui atividades práticas com estruturas micro e nano, uso de microscópios eletrônicos do LABNANO-CBPF e softwares específicos, promovendo uma formação técnica, aplicada e interdisciplinar.