bIFUSP
ANO XVIII - No.33 - 25/10/2002
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bIFUSPANO XVIII - No.33 - 25/10/2002 | |
Desenvolvimento de Instrumentação e de Técnicas em Espectrometria de Massa
Recebe Prêmio Nobel de Química
Suzana Salem Vasconcelos
Em 1897, Thomson realizou a primeira medida da razão massa/carga de uma partícula, com um equipamento que já continha os elementos básicos dos modernos espectrômetros de massa. Trata-se dos experimentos relacionados à descoberta do elétron. Foi o início da espectrometria de massa, método que possibilita a identificação de substâncias presentes em uma amostra, mesmo que em pequena quantidade, através da determinação de sua massa.
Hoje, mais de um século depois da primeira medida da razão massa/carga de uma partícula, é inegável a enorme contribuição da espectrometria de massa para áreas como Física e Química. Recentemente, o desenvolvimento de técnicas para volatizar e ionizar moléculas de uma amostra, acopladas à espectrometria de massa, com inúmeras aplicações em Ciências dos Materiais, Biofísica, Bioquímica, Medicina, Nutrição, e Meio-Ambiente, viabilizou novas e interessantes linhas de pesquisa tanto em Ciência Básica, como em Ciência Aplicada e em Instrumentação. Em particular, a espectrometria de massa adquiriu grande importância para estudos fundamentais em Ciências Biológicas. A possibilidade de identificar e analisar macromoléculas biológicas, como proteínas e enzimas, propicia uma maior compreensão dos processos de vida
Este ano, o Prêmio Nobel de Química foi dado a três pesquisadores por sua contribuição para o desenvolvimento de métodos de identificação e análise de macromoléculas. Kurt Wüthrich (Swiss Federal Institute of Technology, Zürich) foi premiado por seu trabalho de análise estrutural de biomoléculas através da ressonância nuclear magnética. Os outros dois pesquisadores, John B. Fenn (Virginia Commonwealth University, E.U.A.) e Koichi Tanaka (Shimadzu Corp., Japão) receberam o prêmio pelo desenvolvimento, respectivamente, dos métodos Electrospray (ESI) e Soft Laser Desorption (SLD) de ionização branda de macromoléculas, como proteínas, para análise através de espectrometria de massa.
Até a década de 70, a utilização da espectrometria de massa para a análise de biomoléculas apresentava limitações em decorrência de dificuldades para se obter um gás de moléculas ionizadas intactas. A determinação de massas de biomoléculas, mesmo que pequenas, era muito difícil. Em 1973, Ronald Macfarlane e colaboradores, utilizando a técnica de tempo de vôo no estudo do decaimento beta, observaram a ocorrência de emissão, não correlacionada com o decaimento, de moléculas ionizadas da superfície da amostra que estudavam. Investigando esse fenômeno, esses pesquisadores mostraram que átomos e moléculas não voláteis e termicamente instáveis, presentes na superfície de um sólido, poderiam ser identificados através de técnicas utilizadas em Física Nuclear.
Essa foi a origem do método conhecido como PDMS, Plasma Desorption Mass Spectrometry, que utiliza produtos de fissão de 252Cf para bombardear amostras sólidas, induzindo a emissão de íons secundários que são analisados através da espectrometria de massa por tempo de vôo. Inicialmente a técnica PDMS era considerada extremamente complexa, sendo utilizada apenas por físicos nucleares, pois envolvia o uso de eletrônica rápida e de técnicas de coincidência para medidas precisas de tempos da ordem de nanosegundos, e também de sistemas de detecção e de análise de dados utilizados em experimentos de Física Nuclear. A potencialidade dessa técnica para a análise de moléculas logo ficou evidente, e a sua utilização se ampliou para biofísicos, bioquímicos, médicos, farmacêuticos, etc. Assim a espectrometria de massa é hoje uma área que tem a interdisciplinaridade como característica marcante. A técnica PDMS teve sucesso para análise de moléculas com massa até aproximadamente 10kiloDaltons (kDa). Macromoléculas, como proteínas, que podem ter massas da ordem de 105 Daltons, ou enzimas complexas, com massas ainda maiores, se fragmentam quando bombardeadas por íons.
O desafio de analisar, através da espectrometria de massa, macromoléculas biológicas, com massas maiores que 105 Daltons, foi vencido com o desenvolvimento das técnicas ESI e SLD. Na técnica de Electrospray, o processo de ionização das moléculas ocorre pela nebulização de uma solução líquida em um campo elétrico intenso. São formadas gotas elétricamente carregadas que, depois da evaporação do solvente, se repelem provocando uma explosão coulombiana, dando origem às moléculas ionizadas intactas a serem analisadas em um espectrômetro de massa. A técnica de dessorção induzida por laser, SLD, consiste na produção de um gás de moléculas ionizadas a partir da incidência de pulsos de radiação laser em uma mistura da substância que se quer estudar com uma matriz composta por moléculas com forte absorção no comprimento de onda da luz laser. Após a incidência do pulso de laser, uma grande quantidade de energia é absorvida pela matriz e há uma "explosão" com emissão de moléculas neutras, positivas, negativas, fragmentos de moléculas, formando uma nuvem que se expande no espaço e que contém moléculas intactas e fragmentos moleculares. Um intenso campo elétrico existente entre a amostra, em alta tensão, e a entrada de um tubo de vôo, em terra, acelera os íons que penetram no tubo e são analisados através do tempo de vôo que levam para atingir o detector.
No IFUSP, o grupo do Laboratório de Instrumentação e Partículas (LIP), desde a sua formação, no início dos anos 70, a par de estudos de Física Nuclear, tem dado grande importância a projetos que envolvam desenvolvimento de Instrumentação. Nos últimos anos, especial atenção foi dada a projetos de Instrumentação na área de espectrometria de massa por tempo de vôo. Um espectrômetro de massa por
tempo de vôo, baseado na técnica PDMS, foi projetado e construído no LIP. Esse equipamento, projeto de uma tese de doutoramento, foi utilizado em interessantes estudos, como por exemplo na identificação de carotenóides da alga marinha presente na maré vermelha (em colaboração com pesquisadores do Instituto de Química da USP) ou na verificação da presença de toxinas em leguminosas (em colaboração com pesquisadores da Faculdade de Ciências Farmacêuticas da USP). Um segundo espectrômetro de massa por tempo de vôo, esse com funcionamento baseado na dessorção induzida por laser, também completamente projetado e construído no LIP, se encontra atualmente em fase de testes. A infra-estrutura do LIP tem despertado o interesse de jovens pesquisadores, inclusive de outros estados, para a realização de colaborações com o objetivo de desenvolver um projeto proteoma.
Merece atenção a recente nota publicada no jornal Folha de São Paulo de 16/10/02 ("Dólar alto faz projeto proteoma empacar") que informa o preço de espectrômetros de massa a serem adquiridos para os programas de pesquisa em questão: de 500 mil dólares a 800 mil dólares. Vale ressaltar que o espectrômetro de massa por tempo de vôo, com dessorção induzida por laser, do LIP, foi desenvolvido com auxílio financeiro da Fapesp de apenas 50 mil dólares.
A Comissão de Pesquisa, com o aval e o apoio financeiro da Diretoria do Instituto de Física da USP, está elaborando a confecção do catálogo de pesquisa ("folder") do Instituto. De fato, a CPq já está no processo de coleta de dados dos vários grupos de pesquisa do IF desde maio deste ano. As informações recebidas foram devidamente publicadas em várias edições do BIFUSP, e esse material será utilizado na confecção do "folder". Há ainda um grande número de grupos que não enviaram suas contribuições para publicação. Solicitamos que as informações desses grupos sejam enviadas com urgência para a secretaria da Comissão Pesquisa, e-mail: lgimenez@if.usp.br.
Prof. Mahir S. Hussein - Presidente da Comissão de Pesquisa
"Cosmology: How did the universe become what it is today?"
Prof. Dr.William R. Stoeger
Vatican Observatory Group, University of Arizona, Tucson, USA
31 de outubro, quinta-feira, Auditório Abrahão de Moraes, às 16h
The presentation will be an introduction to modern cosmology, and a summary of what we know and do not yet know about the universe. First, the Professor Stoeger will describe what cosmology studies – the structure, the history and evolution of the universe, and the processes which determine it. Then he will summarize the basic characteristics of our observable universe, and the astronomical discoveries and measurements which reveal the universe and its history to us - especially the systematic redshifts of distant galaxies, the abundances of helium, deuterium and lithium, and most importantly the existence and smoothness of the cosmic microwave background radiation. Finally, Stoeger will briefly discuss the Big Bang, quantum cosmology and inflation as important phases of the very early universe during which important processes prepared the universe to become what it is. This will include a reflection on the meaning and the limitations of the Anthropic Principle.
"100 Anos de P. A. M. Dirac"
Prof. Dr. Henrique Fleming, IFUSP
30 de outubro, quarta-feira, às 16h, Edifício Principal, Ala Central, Sala Jayme Tiomno
Em agosto deste ano Paul Adrien Maurice Dirac teria completado 100 anos. Só Woody Allen seria capaz de fazer um filme sobre ele. Um dos maiores físicos de todos os tempos, Dirac foi também uma pessoa extremamente original e, por isso, imprevisível, embora totalmente lógica. Examinaremos alguns dos pontos culminantes de sua obra, e ilustraremos a sua personalidade e o seu pensamento com umas poucas das muitíssimas histórias a seu respeito.
"Copérnico, Galileu e a liberdade da pesquisa científica"
Prof. Dr. Pablo Rubén Mariconda, Departamento de Filosofia, FFLCH-USP
29 de outubro, terça-feira, Auditório Adma Jafet, às 16h
Com base em uma análise da carta de Galileu a Castelli de 21 de dezembro de 1616, na qual Galileu defende o sistema copernicano contra a acusação de ser contrário às Sagradas Escrituras, discuto o efeito desestabilizador da hipótese copernicana do movimento da Terra para a visão tradicional do mundo. O deslocamento da Terra do centro do universo invalida o fundamento antropocêntrico da cultura tradicional. A defesa de Galileu da autonomia da ciência frente à teologia e à religião aprofunda a ruptura iniciada por Copérnico, dando-lhe um caráter intelectual amplo ao questionar os próprios fundamentos autoritários que norteavam a política cultural da Igreja católica contrareformista. A defesa de Galileu da liberdade da pesquisa científica está, assim, na base da reorganização da cultura ocidental promovida pela modernidade.
"Acoplamento entre a irreversibilidade da termodinâmica e a reversibilidade da
dinâmica menos - Estudo da proposta de I. Prigogine"
Leonardo Crochik
(Orientadora: Vera Bohomoletz Henriques, FGE-IFUSP)
30 de outubro, quarta-feira, Auditório Norte (Azul), às 16h
A motivação do estudo que tenho realizado é a compreensão da questão da irreversibilidade e da maneira como ela se relaciona com os paradigmas reversíveis da mecânica clássica e quântica. Tal questão remonta, pelo menos, o teorema H de Boltzmann que se propunha a demonstrar a irreversibilidade a partir de equações reversíveis utilizando o que hoje chamamos de equações de transporte. Não tardaram as contestações ao teorema e a polêmica que se seguiu ajudou a iluminar as hipóteses adicionais que Boltzmann havia feito para demonstrar seu teorema.
Alguns autores afirmam que a dificuldade, que persiste até hoje, em realizar o propósito de Boltzmann é de origem matemática e não tem conseqüências físicas mais sérias, tratando-se apenas de um teorema que precisa ser demonstrado assumindo certas hipóteses para as condições iniciais. Outros, como I. Prigogine, defendem a tese de que a solução do problema exige uma reformulação da mecânica, seja ela clássica ou quântica, que inclua em suas hipóteses a irreversibilidade e trate a reversibilidade como uma aproximação correta apenas para os sistemas mais simples. A chave da questão, para ele, está na reformulação do conceito de trajetória.
"Quebra de Simetria e Formação de Espécies"
Prof. Dr. Michael Forger, IME-USP
01 de novembro, sexta-feira, Auditório Antonio Gilioli, Bloco A, Sala 247/262, IME-USP, às 16h
O objetivo da palestra é apresentar um modelo matemático recentemente proposto por Cohen e Stewart [1] e apresentado com maiores detalhes no primeiro capítulo do livro [2] para a especiação simpátrica, baseado na teoria de bifurcações equivariantes em sistemas dinâmicos com simetria.
Referências: [1] J. Cohen and I. Stewart, Polymorphism Viewed as Phenotypic Symmetry Breaking. In: Nonlinear Phenomena in Physical and Biological Sciences, ed.: S.K. Malik, Indian National Science Academy, New Delhi (2000). [2] M. Golubitsky and I. Stewart: The Symmetry Perspective, Birkhäuser, Basel (2000).
DISSERTAÇÃO DE MESTRADO
Marcelo Alves dos Santos
"Estudo dos Efeitos da Ordem Local sobre a Difusão Iônica Utilizando RMN com Gradiente de Campo Magnético Pulsado"
Comissão Examinadora: Profs. Drs. Said Rahnamaye Rabbani (orientador), Alinka Lepine (IFUSP) e Horácio Carlos Panepucci (IFSC/USP)
30/10, quarta-feira, Ed. Principal, Ala II, Sala 209, às 14h
SEMINÁRIO DO LABORATÓRIO DE MICROSCOPIA ELETRÔNICA
"Polímeros semicristalinos: problemas e perspectivas em caracterização por microscopia eletrônica"
Emerson Alves da Silva, pós-graduando, IFUSP
Edifício Principal, Ala I, sala 201, às 14h
SEMINÁRIO DE ENSINO
"Copérnico, Galileu e a liberdade da pesquisa científica"
Prof. Dr. Pablo Rubén Mariconda, Departamento de Filosofia, FFLCH-USP
Auditório Adma Jafet, às 16h
SEMINÁRIO DO LABORATÓRIO DE FILMES FINOS
"Medida de Módulo de Young de Filmes Finos"
Alfredo Rodrigues Vaz, IFUSP
Edifício Basílio Jafet, Sala 105, às 16:15h
SEMINÁRIO DO DEPARTAMENTO DE FÍSICA DOS MATERIAIS E
MECÂNICA - DFMT
"Propriedades Físicas de Ligas Semicondutoras Ternárias e Quaternárias envolvendo os Nitretos do Grupo-III"
Profa. Dra. Luísa Maria Ribeiro Scolfaro, IFUSP
Edifício Alessandro Volta, Bloco C, Sala de Seminários, às 14h
SEMINÁRIO DO GRUPO DE FÍSICA ESTATÍSTICA
"Simulações de Fluidos Complexos"
Prof.Dr. Marcelo H.R. Tragtenberg, Depto. de Física da Universidade Federal de Santa Catarina
Edifício Principal, Ala I, Sala 204, às 14h
COLÓQUIO DO DEPARTAMENTO DE FÍSICA MATEMÁTICA
"100 Anos de P. A. M. Dirac"
Prof. Henrique Fleming, IFUSP
Edifício Principal, Ala Central, Sala Jayme Tiomno, às 16h
SEMINÁRIO DO DEPARTAMENTO DE FÍSICA NUCLEAR
"Planejamento multivariado de experimentos"
Prof. Dr. Edward Bruns, Instituto de Química, UNICAMP
Edifício Oscar Sala, Sala 156, às 16h
SEMINÁRIO DO GRUPO INFORMAL DE GRADUAÇÃO
"Acoplamento entre a irreversibilidade da termodinâmica e a reversibilidade da dinâmica menos - Estudo da
proposta de I. Prigogine"
Leonardo Crochik (Orientadora: Vera Bohomoletz Henriques, FGE-IFUSP)
Auditório Norte (Azul), entre a Ala Central e a Ala II, às 16h
SEMINÁRIO DO GRUPO DE BIOFÍSICA E FÍSICA
MÉDICA
"Competição entre transferência de elétrons e de energia em interfaces"
Prof. Dr. Maurício S. Baptista, IQUSP
Edifício Principal, Ala I, Sala 204, às 16h
COLÓQUIO
"Cosmology: How did the universe become what it is today?"
Prof. Dr.William R. Stoeger, Vatican Observatory Group, University of Arizona, Tucson, USA
Auditório Abrahão de Moraes, às 16h
PALESTRA DA DISCIPLINA PAE
"Aprender (e Ensinar) com Erro: uma Visão Construtivista da Aprendizagem"
Profa. Jesuína Lopes de Almeida Pacca, IFUSP
Auditório Sul, entre a Ala Central e a Ala II, às 17h
SEMINÁRIO DO GRUPO DE FLUIDOS COMPLEXOS (GFCX) - DFE
"Medidas de força em um cristal líquido liotrópico confinado"
Viviane de Moraes Alves, IFUSP
Auditório Adma Jafet, às 11h
JOURNAL CLUB DO GRUPO TEÓRICO DE MATERIAIS
"Diagramas de Fases por Cálculos Ab Initio"
Pablo Guillermo Gonzales Ormeño, IFUSP
Edifício Alessandro Volta, Sala de Seminários, às 16h
B I F U S P - Uma publicação semanal do Instituto de Física da USP
Editor: Prof. Nelson Fiedler-Ferrara
Secretária: Liliam Maria Matheus Gimenez
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