Alta intensidade e altamente popular

Nilson Dias Vieira Junior fala sobre o papel do IPEN no desenvolvimento e na popularização do uso de lasers nas mais variadas áreas no Brasil

Heitor Shimizu, de Lincoln (EUA) | Agência FAPESP – O uso de lasers nos mais variados procedimentos em medicina e odontologia hoje é algo comum. Mas no Brasil na década de 1980, se alguém dissesse que recebeu aplicações de laser no rosto ou na boca – e estava feliz com o resultado – seria encarado com suspeita.

O Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN) tem papel fundamental no desenvolvimento de lasers e na popularização no país do uso nas mais variadas áreas desses pulsos de amplificação da luz por emissão estimulada de radiação.

Foi no início da década de 1980 que pesquisadores do IPEN dominaram a técnica de crescimento do cristal YLiF4 (fluoreto de ítrio e lítio) adicionado com o íon terra-rara neodímio – esta adição, conhecida como dopagem, faz com que o cristal adquira propriedades de semicondução do outro elemento.

“O YLiF4 é birrefringente, quer dizer, tem índices de refração diferentes para diferentes direções de propagação da luz. O cristal deu origem aos primeiros lasers de estado sólido produzidos no Brasil, que foram feitos com componentes nacionais ou adaptados para as nossas necessidades”, disse Nilson Dias Vieira Junior, pesquisador do IPEN e um dos palestrantes na FAPESP Week Nebraska-Texas, que reúne pesquisadores dos Estados Unidos e do Brasil até 22 de setembro nas cidades de Lincoln (Nebraska) e Lubbock (Texas). Ele falou no evento sobre aplicações de lasers de alta intensidade.

Vieira Junior entrou no IPEN em 1979. “Fui convidado pelo [físico] Spero Morato para trabalhar no desenvolvimento do primeiro laser em estado sólido no Brasil. Dois anos depois, conseguimos fazer funcionar, dando início ao Grupo de Desenvolvimento de Lasers, uma área de processos especiais no instituto”, disse à Agência FAPESP.

O pesquisador conta que, depois dos primeiros lasers pulsados e contínuos, o IPEN produziu cristais dopados com outro elemento químico, o hólmio. Esses cristais permitiram produzir lasers com emissão em comprimento de onda de poucos micrômetros, mais adequados a aplicações médicas e odontológicas. Tiveram início também aplicações em processamento de materiais.

“Desenvolvemos lasers pulsados, lasers contínuos, cobrimos toda a tecnologia de desenvolvimento de laser e conseguimos a nacionalização vertical de todo o processo”, disse Vieira Junior.

Com lasers disponíveis, começaram a surgir aplicações. “Ajudamos no desenvolvimento de um implante coclear com o uso de laser para a obtenção de componentes com cerca de 300 micrômetros de diâmetro. Fizemos uma solda para um protótipo de foguete da Agência Espacial Brasileira. Em 1992, iniciamos o desenvolvimento de um laser de hólmio, com energia extremamente elevada, que foi utilizado na remoção de materiais em dentes”, disse.

“Além do desenvolvimento dos lasers é preciso destacar a formação de pessoal. Desde o início, vimos a importância de trabalhar com profissionais das mais diversas áreas e entendemos que também podíamos contribuir com capacitação. Passamos a oferecer diversas ações para difusão das aplicações de lasers no Brasil”, disse Vieira Junior, que foi superintendente do IPEN de 2008 a 2012 e membro do Conselho Superior da FAPESP de 2000 a 2006.

O Grupo de Desenvolvimento de Lasers deu origem ao atual Centro de Lasers e Aplicações (CLA) do IPEN, por meio do qual foi criado o primeiro programa de Mestrado Profissional em Lasers em Odontologia no país, oferecido em conjunto com a Faculdade de Odontologia da Universidade de São Paulo.

“Trabalhamos juntos desde o início, IPEN e Odontologia da USP. Formamos mais de 160 mestres, com resultados como o desenvolvimento de muitos métodos terapêuticos atualmente em uso clínico”, disse Vieira Junior.

Entre os métodos destacam-se a prevenção da cárie dental por laser, a redução microbiana em endodontia e periodontia por lasers em baixa intensidade, a fluxometria laser Doppler e a mitigação de efeitos indesejados da radioterapia e quimioterapia, como a mucosite oral.

Atualmente, o CLA atua no desenvolvimento de técnicas terapêuticas com o uso de nanomateriais. Esta linha de pesquisa investiga efeitos de nanopartículas de prata e de pontos quânticos (quantum dots) para terapia e diagnóstico óptico.

Vieira Junior se anima com a popularização dos lasers em aplicações médicas e odontológicas, mas alerta para os cuidados que se deve ter com o uso. “O laser é um instrumento para aplicações e hoje está muito disponível. O nicho de aplicações é enorme, mas é preciso entender os processos envolvidos em seu uso”, disse.

“Nossa contribuição no IPEN sempre foi muito forte quanto à divulgação do conhecimento para usar lasers de maneira correta. Criamos protocolos de segurança, para o paciente e para quem opera os equipamentos. É preciso saber qual a dose, o local a ser aplicado, que tipo de laser pode ser usado. Não é porque é popular que pode ser usado para qualquer coisa. O laser é um instrumento capaz de curar mas também de prejudicar, ser for mal utilizado. O apontador laser, de luz verde, pode até mesmo cegar uma pessoa”, disse Vieira Junior.

Materiais e intensidade

Em processamento de materiais, o IPEN desenvolve aplicações que atendem a demandas de empresas, públicas e privadas, em funções como corte, furação ou soldagem, entre muitas outras. Soldagens de materiais dissimilares para a indústria aeroespacial e para a área médica são exemplos de sucesso. “O instituto dispõe também de uma unidade de processamento com lasers de duração de femtossegundos, para produzir microestruturas”, disse Vieira Junior.

O CLA também desenvolve competência científica e tecnológica em lasers para aplicações em monitoramento ambiental e na área nuclear, formando recursos humanos e gerando produtos e serviços. O crescimento da demanda por lasers e o amadurecimento da tecnologia levou à criação da Lasertools, spin-off do IPEN.

O desenvolvimento de lasers no IPEN contou com apoio da FAPESP desde o início. A FAPESP já concedeu mais de 1,3 mil auxílios e bolsas a pesquisadores do instituto. Atualmente, pesquisadores do IPEN conduzem 18 projetos apoiados pela FAPESP por meio de Auxílios à Pesquisa.

Pesquisadores do IPEN têm também publicado em títulos de alto impacto. Em 2015, por exemplo, Vieira Junior e colegas publicaram na Scientific Report da Nature, artigo em que descrevem a síntese de diamante a partir de grafite por compressão dinâmica com laser ultrarrápido. O trabalho foi feito em parceria com pesquisadores do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS) e do Laboratório Nacional de Nanotecnologia (LNNano), no Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM), em Campinas.

Graças ao desenvolvimento no IPEN de lasers de alta densidade – entre os quais o mais intenso do hemisfério Sul, com 0,5 TW de potência –, os pesquisadores foram capazes de produzir em laboratório altíssimas condições termodinâmicas de pressão e temperatura, necessárias para a transformação de carbono em diamante, como descrito no artigo.

“Um dos próximos passos é acelerar partículas carregadas com o laser para energias elevadas, energias comparáveis com o repouso do elétron, que são energias relativísticas. O objetivo final é acelerar prótons para uso em medicina nuclear. Temos que caracterizar, otimizar, entender os fenômenos básicos, em sintonia com os grandes centros de desenvolvimento de lasers no mundo”, disse Vieira Junior.

Mais informações sobre a FAPESP Week: www.fapesp.br/week2017/nebraska-texas.