É possível falar de nanotecnologia na escola? Uma proposta de artigo científico para crianças e adolescentes

Texto direcionado aos docentes

A ciência do século XX passou por muitas transformações desde a publicação dos artigos da Teoria da Relatividade de Albert Einstein e das descobertas da Física Quântica que correlacionam fenômenos moleculares, nucleares e atômicos (Torres, 2009). A partir dessa nova visão científica, muitas “verdades engessadas” começaram a ser questionadas. Qual é a finalidade de se ensinar conceitos que já estão em processo de superação?

Segundo Renn (2005, p. 30), desde o surgimento da Teoria da Relatividade pode-se vislumbrar um exemplo de como mudanças conceituais se concretizam como resultado da interação entre o conhecimento disponível da Física de então com o ponto de vista individual de um pesquisador.

A Epistemologia bachelardiana surge com a necessidade de despertar o contínuo processo de retificação. Assim, o processo de ensino-aprendizagem deve estabelecer uma nova perspectiva que até então muitos de nós, docentes e cientistas, não estávamos atentos, pois para muitos a nanotecnologia pode ser um assunto para exercitar o “pensar fora da caixa”.

Segundo Bachelard (1996, p. 292), devemos liberar suavemente o espírito dos alunos de seu apego a imagens privilegiadas, enviando-os para as vias da abstração, para despertar-lhes o gosto pela abstração. Enfim, o primeiro princípio da educação científica é, no reino intelectual, apropriar-se desse ascetismo que é o pensamento abstrato. Só ele pode nos levar ao domínio do conhecimento experimental.

O conhecimento epistêmico é relevante, pois alavanca debates dos conceitos científicos e o surgimento de ideias científicas (Sasseron; Duschl, 2016). O entendimento do social, baseado na transmissão dos conhecimentos e com a visão de depósitos de informação (sem questões a serem discutidas e construídas), deve ser substituído pela pedagogia da construção (Stroupe, 2014). Um dos grandes desafios do processo de ensino-aprendizagem é a adaptação de novos paradigmas científicos para a construção de um novo conhecimento. O modelo de ensino ainda é baseado na transmissão direta de conhecimentos e necessita da contextualização dos conhecimentos abordados na escola em relação à vida cotidiana. Além dos novos paradigmas é possível destacar que as visões do cotidiano também fazem parte de um amplo espectro de aplicação, possibilitando visões amplas sobre o processo de construção do saber (Alves; Paixão, 2020). Os conceitos e teorias que norteiam a Psicopedagogia são claros quanto à importância da relação entre a emoção e a cognição. Todos os diferentes saberes devem ser estimulados na criança e no adolescente para que o processo de aprendizagem ocorra de maneira profunda (Fonseca, 2016). O aprender a aprender se tornou mais fundamental do que nunca, no momento em que existem bancos de dados quase infinitos construídos fora de nossos cérebros em computadores, notebooks, smartphones e servidores de fácil acesso. Ensinar mecanicamente aos alunos a repetirem todo o conteúdo já armazenado em diferentes ambientes virtuais, muitas vezes gratuito, não faz sentido para o jovem e torna a escola desinteressante e emocionalmente não atrativa.

A palavra escola em grego significa lazer, tempo livre, ócio e, por extensão, ocupação dos homens que dispõem de lazer. A educação diferenciada e antiga era centrada nos exercícios físicos, na música, na arte da palavra e nas atividades intelectuais, desenvolvida de forma sistemática por meio das instituições específicas. Sendo que era reservada a uma minoria, à elite (Gomes, 2008).

Na Base Nacional Comum Curricular (BNCC), documento oficial elaborado no Brasil cujo objetivo é estabelecer um padrão de ensino, direitos e novas visões de aprendizagem a serem alcançadas nas diferentes etapas da Educação Básica, os termos “nanotecnologia” ou “nanociência” (e derivados) não aparecem em nenhuma parte do documento (Brasil, 2017). Segundo Wutzki e Tonso (2017), a segunda versão da BNCC afirma que algumas abordagens da área das Ciências da Natureza não favorecem o entendimento crítico dos conflitos socioambientais, por exemplo. Além disso, a nanotecnologia é uma Ciência multidisciplinar e transdisciplinar que incentiva os alunos do Ensino Fundamental e Médio a pensar de maneira transversal, facilitando processos de associações entre grandes áreas do conhecimento, algo extremamente necessário nos dias atuais (Antunes Filho; Backx, 2020). Conforme a BNCC, os temas contemporâneos transversais (TCT) buscam auxiliar os estudantes a compreender questões diversas, tais como, cuidar de sua saúde e do planeta. Assim, a BNCC destaca a importância dos TCT nos sistemas de ensino e na escola (Brasil, 2017).

Segundo Vygotsky (1995), há uma interdependência entre os conceitos do cotidiano e os conceitos científicos. Para isso, deve-se desenvolver a capacidade de abstração para a construção de relações entre esses dois tipos de conceitos (Davydov; Kerr, 1995). No atual contexto, o sistema educacional busca alternativas para adaptar-se aos novos paradigmas advindos da BNCC, incluindo novas abordagens e práticas de ensino-aprendizagem, capazes de transmutar conteúdo e qualidade. Isso vai de encontro ao fato de que os princípios norteadores da nanotecnologia ainda se distanciam da sala de aula tradicional. Porém, a responsabilidade desse distanciamento ainda é do pesquisador, porque o cientista estabelece que a fala, em nome da chamada Ciência acadêmica, é o seu lugar e, nesse sentido, ele procura responder a valores, a interesses públicos e à ética responsável. Não obstante, como citam Carvalho e Orquiza-de-Carvalho (2020), a questão da compreensão pública da Ciência coloca o cientista em outro lugar e, dessa forma, exige esclarecimentos sobre as questões antigas, que não têm respostas. Com o receio do desconhecido, a Ciência acaba se tornando fonte de informações importantes para a sociedade que, por meio da disseminação de entrevistas, permite que seus laços com a Ciência se estreitem. Essa mudança de cenário populariza a Ciência e equaliza os diferentes tipos de cientistas (Carvalho; Orquiza-de-Carvalho, 2020).

Se os conceitos basais que sustentam a nanotecnologia fossem abordados de forma aplicada na escola, o despertar científico poderia promover novos entendimentos e conexões. De fato, a interdisciplinaridade se faria presente, já que falar de nanotecnologia é necessariamente conectar as grandes áreas da Ciência e integrar o ensino amparado pelos preceitos recentemente estabelecidos pela BNCC (Peixoto; Rodrigues; Fernandéz; Rocha; Carneiro, 2021). Vale ressaltar que a realidade das escolas de Educação Básica públicas do país torna todo incentivo de prática de ensino da nanociência mais difícil, devido à falta de estrutura e incentivos educacionais e sociais. A respeito da temática de ensinar Ciências em contextos de vulnerabilidade social, vimos que há baixa quantidade de artigos publicados e estudos que indiquem caminhos, metodologias e processos viáveis para que o processo de aprendizagem científica ocorra de maneira adequada (Silva; Junior, 2020). A desconexão com o avanço científico e o encontro com a Ciência, como a leitura de um primeiro artigo científico, muitas vezes ocorre somente na universidade, afastando a população de reconhecer o perigo de microrganismos resistentes e pandemias, estimulando assim o negacionismo.

Com as novas abordagens advindas da BNCC, um artigo científico torna-se um produto pedagógico cada vez mais necessário e ainda pouco explorado em segmentos do Fundamental e Médio (Silva, 2022). A familiarização com artigos científicos adequados às linguagens dessas faixas etárias, mas que não distanciam os alunos do que viverão no futuro, pode ser uma excelente ferramenta de formação científica. A nanotecnologia ainda permite que, de forma indireta, abordagens interdisciplinares entrem gradativamente nas novas rotinas propostas pela BNCC e podem ampliar os horizontes tanto para os aprendentes quanto para os professores (Antunes Filho; Backx, 2020).

Proposta de artigo científico para ser aplicado na Educação Básica

O texto a seguir deve ser utilizado em sala de aula visando à introdução de uma nova visão de abordagem científica que convida os alunos a experimentarem um aprendizado baseado em conceitos extraídos em artigos científicos. Com o avanço ao incentivo de pesquisas para alunos dos Ensinos Fundamental e Médio, baseadas, por exemplo, no Programa Institucional de Bolsas de Iniciação Científica Júnior do CNPq, ofertadas para estudantes desses segmentos que contam ainda com bolsas de fomento, como Pibic-Jr e Pibic-EM. Logo, cada vez mais, se faz necessária a introdução de conceitos científicos em formato de artigos científicos. Muitos alunos só vivem a experiência de ler e absorver conceitos extraídos de artigos científicos quando iniciam seus cursos de Graduação. Muitos apresentam dificuldade na leitura e na extração dos conceitos importantes desse tipo de referência, cada vez mais utilizado em ementas de cursos que já se iniciam no ciclo básico universitário (Melo; Campos; Almeida, 2015; Vasconcelos; Praia; Almeida, 2003).

Nesse contexto, nosso objetivo é, por meio de uma linguagem científica adaptada, demonstrar como é possível introduzir conceitos associados à nanotecnologia para alunos do ensino Fundamental e Médio, convidando docentes e discentes a pensarem “fora da caixa”. O contexto científico abordado neste artigo é o uso da nanotecnologia para o combate de microrganismos patogênicos, principalmente os multirresistentes aos antibióticos. Sugerimos e encorajamos que o texto seja abordado em sala de aula utilizando metodologias ativas (Barbosa; Moura, 2013; Rocha; Farias, 2020; Costa Neto, 2022). A aprendizagem baseada em problemas e a sala de aula invertida podem ser aplicadas ao dividir o texto em tópicos por grupos de alunos, propondo estudos, reflexões e desenvolvimentos de ideias a serem expostas para toda a turma em sala de aula.

Texto direcionado aos discentes: nanotecnologia – invisível, diferente, curiosa e incrível

A nanociência surgiu no século passado, abordando diversos campos da Ciência e desenvolvendo novas tecnologias com a manipulação de átomos e moléculas. Imagine que tudo o que existe é feito de átomos e moléculas. Nesse caso, tudo o que existe pode ser melhorado com a nanotecnologia, certo? A nanociência é uma Ciência invisível. Você já viu átomos e moléculas a olho nu? A resposta é não, porque essa escala é muito pequena. Os chamados nanomateriais, geralmente, têm uma ou mais dimensões de até 100 nanômetros (Klabunde; Richards, 2009). Você tem ideia de como isso é pequeno? Uma formiga, por exemplo, mede cerca de 0,2cm e isso equivale a cerca de 2 milhões de nanômetros de comprimento. Um ser humano com cerca de 1,70m de altura equivaleria a 1 bilhão e 700 milhões de nanômetros. Você percebeu como tudo é diferente na escala nanométrica, não é? Mais exemplos estão na Figura 1.

As aplicações da nanociência são diversas e estão cobrindo os mais diversos campos tecnológicos e industriais. Entre eles estão os dispositivos médicos como os tecidos hospitalares antimicrobianos. Esses tecidos funcionais podem prevenir a propagação e a contaminação de microrganismos inimigos, os patógenos. Assim é possível evitar infecções que podem afetar pessoas doentes no ambiente hospitalar. Outro setor em crescimento é o de produtos farmacêuticos, que usam nanotecnologia para produzir curativos, medicamentos, cosméticos, entre outros produtos de uso diário. Você sabia que a nanotecnologia vai além do setor biomédico ou da nanomedicina? A nanoeletrônica, por exemplo, possibilita o desenvolvimento de smartphones com melhor desempenho, mais potentes e inovadores (Hulla; Sahu; Hayes, 2015). O que torna essa Ciência tão diferente são as propriedades únicas da matéria em nanoescala. A Física Quântica estuda essas propriedades e permite aos seres humanos compreender como podem manipular cada pequeno átomo e molécula com o propósito de desenvolver novos medicamentos ou mesmo novas formas de melhorar tecnologias que já existem. Você sabia que se mudarmos as coisas em escala atômica, tudo pode ser diferente? O objetivo da nanotecnologia é melhorar o desempenho de produtos, processos e serviços. Se a nanotecnologia funcionar adequadamente é possível ajudar o mundo sem gerar efeitos adversos.

Microrganismos estão em toda parte

Agora que sabemos um pouco sobre a nanotecnologia e as suas aplicações, precisamos entender melhor os microrganismos. Eles são seres minúsculos que só podem ser vistos com microscópios e são compostos de uma ou mais células. Bactérias são seres unicelulares que possuem várias espécies com características diferentes. O material que envolve certas bactérias é chamado de parede celular e pode variar em espessura para cada microrganismo. Além disso, existem duas camadas chamadas membranas fosfolipídicas, essas membranas são estruturas compostas por lipídios (gorduras) e átomos de fósforo que têm a função de selecionar o que pode ou não entrar no meio intracelular e o que vai para o meio extracelular (Madigan, 2015).

Os fungos podem ser organismos unicelulares ou pluricelulares. Esses microrganismos possuem características diferentes das bactérias, como forma e composição. Eles também se distinguem por terem envelopes nucleares. Ou seja, eles são seres eucarióticos. Já os protozoários são seres unicelulares e eucariontes como os fungos. Eles têm características diferentes em sua composição e são organismos aquáticos de vida livre. No entanto, algumas espécies são parasitas e vivem dentro de outros seres vivos. Você sabia que os microrganismos podem ser tão diferentes e complexos? (Lacaz; Porto; Martins, 1991; Li; Stanley, 1996).

O mais empolgante no universo dos microrganismos é que eles estão presentes em todos os lugares. Eles nem sempre são prejudiciais ou perigosos para a nossa saúde. Os cogumelos usados ​​na área alimentar são fungos multicelulares, por exemplo. Enquanto isso, bactérias podem causar doenças ou não. Uma maneira de observar isso é olhar para a nossa microbiota, ela é composta por um conjunto de microrganismos presentes dentro de um organismo como em nosso intestino e em outras partes do nosso corpo. Existem milhões de bactérias, fungos e vírus que convivem conosco sem prejudicar nossa saúde. Diversas pesquisas recentes mostraram como esses organismos podem atuar como protetores de nossa saúde física e mental (Collins, 2014; Jandhyala et al. 2015). Agora, ainda mais impressionante é imaginar que existem bactérias por toda parte! A Figura 2 mostra alguns exemplos de ambientes em que os microrganismos podem habitar.

Infelizmente, nem todos os microrganismos podem conviver beneficamente e mutuamente conosco, por isso hábitos simples de higiene, como tomar banho e lavar as mãos, são essenciais para evitar a contaminação e a disseminação de microrganismos patogênicos, seres microscópicos que causam doenças em outros seres vivos, como plantas e animais. Inclusive vidas são salvas com o avanço da Ciência e da Tecnologia, principalmente no combate às infecções por microrganismos (Madigan, 2015).

Vírus: invisíveis, diferentes, curiosos e perigosos

Entender o vírus é algo diferente. Você sabia que os cientistas ainda estão debatendo se o vírus é um ser vivo ou não? Os vírus são seres simples e pequenos. Eles possuem uma cápsula proteica e/ou lipídica que envolve o material genético de DNA, RNA ou ambos juntos. A discussão do que é vida é antiga. O renomado pesquisador Louis Pasteur mostrou, em 1859, que a vida não vem de materiais inanimados e a vida já foi descrita de várias maneiras pela Ciência. Nesse contexto, uma partícula viral não pode se replicar sozinha e uma célula hospedeira deve passar adiante seu código genético, o que se tornou um dos argumentos mais aceitos para que esses seres sejam classificados como não vivos. No entanto, outras definições contradizem isso. Esses microrganismos têm características evolutivas como herança genética, mutações aleatórias e seleção natural ou artificial. Seres vivos como plantas e animais também possuem essas características (Harris; Hill, 2021).

Agora, como será que ocorre uma infecção viral e porque isso importa para chamá-lo de ser vivo ou ser não vivo? Primeiro, o vírus extracelular (o vírion) infecta a célula. Depois, torna-se um organismo vivo no ambiente intracelular (a vitrocélula). Ao usar organelas, proteínas e estruturas celulares, as partículas virais podem ser entendidas como um sistema vivo. O ponto fundamental do problema é que os vírus estão por toda parte (Antunes Filho; Santos; Santos; Backx, 2020). Eles podem ser benéficos, prejudiciais ou indiferentes à saúde humana. Defini-los como seres vivos ainda é um assunto que resultará em muitos trabalhos acadêmicos (Harris; Hill, 2021).

A nanotecnologia é um aliado poderoso

Agora que entendemos mais sobre os microrganismos, podemos aprender mais sobre como a nanotecnologia pode ajudar a combatê-los. Os microrganismos podem causar doenças em diferentes partes do corpo dos animais e com gravidade variada. Como resultado, milhões de pessoas sofrem de infecções todos os anos. Poucos medicamentos auxiliam no tratamento de bactérias resistentes a antibióticos. Esses patógenos são resistentes a diferentes medicamentos, tornando as infecções mais difíceis de serem tratadas. Esse problema afeta principalmente pacientes imunocomprometidos e isso ocorre, porque o sistema imunológico desses indivíduos está enfraquecido por vários motivos, como a velhice ou a existência de outra infecção causada por um vírus, por exemplo. A nanotecnologia participa dessa luta, desenvolvendo nanomateriais antimicrobianos e aprimorando os antibióticos já utilizados no combate aos microrganismos, inclusive aqui no Brasil (Dias et al. 2021). Nanomateriais à base de nanopartículas de prata, cobre, zinco, entre outros, possuem atividades antimicrobianas muito eficientes. Você consegue imaginar uma bala de canhão atingindo a parede de um castelo? É assim que as nanopartículas podem atuar nas paredes celulares dos microrganismos, evitando processos importantes na infecção, como o contato bacteriano com células humanas. Imagine que uma bactéria patogênica está tentando infectar uma célula humana e as nanopartículas vão interromper esse processo (Backx; Santos; Santos; Antunes Filho, 2021). Essas nanoestruturas possuem a capacidade de perfurar a parede celular bacteriana e alterar moléculas importantes que interagem com as células humanas. Outros mecanismos de ação podem ser vistos na Figura 3. Essas nanopartículas podem ser utilizadas em tecidos, plásticos e podem melhorar a eficácia dos antibióticos (Munir; Ahmed; Usman; Salman, 2020). Outro problema relacionado a infecções bacterianas é que as bactérias podem produzir biofilme, uma espécie de camada protetora ao redor delas que se junta para formar uma comunidade microbiológica. A bionanotecnologia pode surgir para evitar, desestabilizar e combater essa primeira camada de proteção das bactérias, permitindo assim que os antibióticos e o sistema imunológico funcionem de forma mais eficaz.

E se pararmos para pensar, existem diferentes microrganismos, certo? Então são necessárias soluções diferentes para combatê-los! Os nanomateriais possuem diferentes formas e composições que podem combater os microrganismos de diferentes maneiras (Munir; Ahmed; Usman; Salman, 2020). Que nanomateriais seriam esses? Nanocompósitos, por exemplo, combinam propriedades de diferentes materiais para construir materiais ainda melhores. Imagine a resistência do aço em um plástico superfino. Outro exemplo são as nanopartículas que podem ser compostas de metais, drogas ou mesmo polímeros (tipos de plásticos atóxicos) para combater microrganismos em superfícies hospitalares como jalecos, cortinas, lençóis, macas hospitalares ou qualquer outro ambiente que possa estar contaminado. Além disso, podem ser manipulados ​​para melhorar os medicamentos já utilizados, como os antibióticos. Outros nanomateriais, como os nanotubos, são estruturados para perfurar a parede celular bacteriana e inviabilizar infecções. Você consegue imaginar um palito de dente estourando um balão de festa? É mais ou menos assim que acontece! Esses diferentes nanomateriais possuem melhores propriedades antimicrobianas do que os materiais convencionais. Eles podem ser produzidos para combater microrganismos também em tecidos-alvo, na chamada liberação controlada e endereçada de fármacos. Por exemplo, se houver uma infecção no fígado, os nanofármacos serão direcionados para cuidar daquele tecido específico e causar menos efeitos adversos em outros tecidos (Santos, 2021).

Considerações finais

A nanociência está evoluindo, descobrindo novas maneiras de combater microrganismos patogênicos. O principal problema do mundo é encontrar novas soluções para combater microrganismos que se tornam resistentes a antibióticos e também novos fungicidas. Com o tempo, a ciência entende a importância das diferentes nanotecnologias no combate aos microrganismos por meio de diferentes tipos de nanomateriais e aplicações tecnológicas. Para isso é necessário saber como afetar os microrganismos sem causar danos à saúde do indivíduo doente. No entanto, existe a possibilidade de que esses microrganismos desenvolvam meios de resistência às soluções nanotecnológicas. Então, a batalha só está começando.

A nanociência sempre buscará superar a evolução desses microrganismos que fazem mal à nossa saúde e essa é uma batalha épica para salvar a vida de milhões de seres vivos do nosso planeta (Gao; Zhang, 2021). Você acha que a nanotecnologia será capaz de vencê-la?

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