A estação experimental Imbuia recebeu hoje o seu primeiro feixe de luz síncrotron após ser conectada aos aceleradores de elétrons do Sirius, no CNPEM. Com isso, se torna a única infraestrutura de pesquisa do mundo a se beneficiar de radiação infravermelha gerada a partir de um acelerador síncrotron de quarta geração, na fronteira deste tipo de tecnologia.

A linha de luz foi projetada para a realização de experimentos que permitem analisar a composição química de praticamente qualquer material e fazer pesquisa de fronteira em novos materiais, com especial ênfase em materiais orgânicos, tanto biológicos como sintéticos. Por meio de técnicas de espectroscopia, ela permitirá explorar propriedades inclusive de materiais compostos de poucas camadas atômicas.

”A linha Imbuia tem como propósito principal ser uma ferramenta analítica fácil de usar, multidisciplinar e altamente sensível, beneficiada pela estabilidade aprimorada de um anel de armazenamento de quarta geração”, explica Harry Westfahl Jr., diretor do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS/CNPEM).

A Imbuia entrou em operação em novembro de 2021, mas até agora só era possível realizar experimentos que não dependiam de altos parâmetros de intensidade da luz, emitida temporariamente por fontes do tipo lâmpada ou laser de infravermelho.

Raul Freitas, pesquisador que coordena a estação Imbuia, explica que a conexão dos instrumentos com uma fonte de luz síncrotron de última geração traz inúmeras vantagens, das quais a principal é aumentar o alcance da técnica. 

“O amplo espectro dentro da frequência de infravermelho permite distinguir quimicamente e quantificar estruturas em escala nanométrica e micrométrica. Com isso, poderemos estudar uma maior variedade de materiais e ter mais assinaturas moleculares em um só experimento”, detalha. 

Por estar conectada a uma fonte de luz de quarta geração, como o Sirius, espera-se que a sensibilidade a essas identidades moleculares cresça muito, aumentando a qualidade do experimento, o que poderá trazer vantagens, especialmente em experimentos desafiadores na escala nanométrica. “Uma fonte de luz síncrotron com maior brilho e estabilidade de feixe permite estudar sistemas com baixa concentração de moléculas com muita sensibilidade e de forma mais rápida. Com isso, é possível avançar esta modalidade analítica na estudos de sistemas biológicos.  

A linha Imbuia é composta por duas estações, uma dedicada a experimentos em baixa energia para análises em escala Micro e outra para amostras em escala Nano. Além disso, a linha permitirá acesso aos laboratórios de apoio do LNLS oferecendo aos usuários instrumentação sofisticada para otimizar a preparação de amostras que podem beneficiar estudos avançados em nanobiologia, novos materiais energéticos e nanofarmacologia, entre outros.

“No caso de material biológico, culturas de células precisam de substratos adequados para infravermelho. Algumas amostras precisam ser fatiadas por micrótromos e ultramicrótromos que permitem cortes com precisão nanométrica. O mesmo acontece quando lidamos com estruturas bidimensionais. Dispositivos que levam grafeno, por exemplo, podem demandar que o material seja esculpido em nanoescala. Isso só é possível com um instrumento chamado FIB (Focused Ion Beam), que usa um feixe de íons focalizados para desbastar o material com a precisão exigida. O LNLS disponibilizará este tipo de infraestrutura em suporte a realização de propostas na Imbuia.“, explica Freitas.

O usuário da Imbuia também vai se beneficiar de uma interface computacional que está sendo aprimorada para que os dados coletados sejam pós-processados de uma forma mais eficiente, gerando uma pré-análise de resultados.

Potencial de pesquisa

Alguns exemplos de áreas de pesquisa que já foram beneficiadas por experimentos na faixa do infravermelho, e nos quais a linha Imbuia poderá colaborar, são:

• Design de nanofármacos para entrega mais eficiente no organismo, o que é especialmente interessante para condições de difícil tratamento, como bactérias super-resistentes a antibióticos.
• Mapeamento químico de novos materiais para painéis solares e outras matrizes energéticas renováveis. 
• Estudo de materiais fotônicos ou bidimensionais (com espessura de uma ou poucas camadas de átomos) trazendo oportunidades para comunicação e computação via nano-óptica em chips.
• Em biomedicina, será possível fazer nano-análises químicas dos processos biológicos em líquidos que representam as condições ambientais dos organismos vivos. 
• Estudos relacionados à composição química de componentes de células vegetais em escala nanométrica, sem necessidade de uso de marcadores.

Sobre o Sirius

Projetado e construído por brasileiros e financiado pelo Ministério de Ciência, Tecnologia e Inovações (MCTI), o Sirius é uma das fontes de luz síncrotron mais avançadas do mundo. Este grande equipamento científico possui em seu núcleo um acelerador de elétrons de última geração, que gera um tipo de luz capaz de revelar a microestrutura de materiais orgânicos e inorgânicos. Essas análises são realizadas em estações de pesquisa, chamadas linhas de luz. O Sirius irá comportar diversas linhas de luz, otimizadas para experimentos diversos, e que funcionarão de forma independente entre si, permitindo que diversos grupos de pesquisadores trabalhem simultaneamente, em diferentes pesquisas nas mais diversas áreas, como saúde, energia, novos materiais, meio ambiente, dentre outras.

As diferentes técnicas experimentais disponíveis nas linhas de luz do Sirius permitirão observar aspectos microscópicos dos materiais, como os átomos e moléculas que os constituem, seus estados químicos e sua organização espacial, além de acompanhar a evolução no tempo de processos físicos, químicos e biológicos que ocorrem em frações de segundo. Em uma linha de luz é possível acompanhar também como essas características microscópicas são alteradas quando o material é submetido a diversas condições, como temperaturas elevadas, tensão mecânica, pressão, campos elétricos ou magnéticos, ambientes corrosivos, entre outras. Essa capacidade é uma das principais vantagens das fontes de luz síncrotron, quando comparadas a outras técnicas experimentais de alta resolução.

As linhas de luz do Sirius são instrumentos científicos avançados, projetados para solucionar problemas em áreas estratégicas para o desenvolvimento do País. Inicialmente, um conjunto de 14 linhas de luz foi planejado para cobrir uma grande variedade de programas científicos. Ao todo, Sirius poderá abrigar até 38 linhas de luz.

Sobre o CNPEM

Ambiente sofisticado e efervescente de pesquisa e desenvolvimento, único no Brasil e presente em poucos centros científicos do mundo, o Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM) é uma organização privada sem fins lucrativos, sob a supervisão do Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovações (MCTI). O Centro opera quatro Laboratórios Nacionais e é o berço do projeto mais complexo da ciência brasileira – Sirius – uma das fontes de luz síncrotron mais avançadas do mundo. O CNPEM reúne equipes multitemáticas altamente especializadas, infraestruturas laboratoriais globalmente competitivas e abertas à comunidade científica, linhas estratégicas de investigação, projetos inovadores em parceria com o setor produtivo e formação de investigadores e estudantes. O Centro é um ambiente impulsionado pela pesquisa de soluções com impacto nas áreas de Saúde, Energia e Materiais Renováveis, Agroambiental, Tecnologias Quânticas. A partir de 2022, com o apoio do Ministério da Educação (MEC), o CNPEM expandiu suas atividades com a abertura da Ilum Escola de Ciência. O curso superior interdisciplinar em Ciência, Tecnologia e Inovação adota propostas inovadoras com o objetivo de oferecer formação de excelência, gratuita, em período integral e com imersão no ambiente de pesquisa do CNPEM.