Os alunos terão acesso aos laboratórios em todas as instituições parceiras conforme descrito abaixo.

 

1. UFRJ - Duque de Caxias
   • Núcleo Multidisciplinar de Pesquisa em Biologia (NUMPEX-BIO):

Área de 360 m². O NUMPEX-BIO conta com modernos equipamentos para o desenvolvimento de pesquisas básicas e aplicadas nas áreas deBiologia Celular, Biologia Molecular, Biologia Tecidual, Biologia do desenvolvimento, Bioquímica, Genética, Imunologia, Microbiologia Parasitologia e Toxicologia Ambiental. A equipe técnica é formada por oito técnicos-administrativos (TAEs) todos pós-graduados, sendo dois químicos, um biólogo e cinco técnicos em laboratório.

Laboratório não compartilhado com outras instituições.

 

Estrutura do Núcleo Multidisciplinar de Pesquisa em Biologia (NUMPEX-BIO), localizado no Campus UFRJ-Duque de Caxias

O laboratório possui dois andares, detalhados abaixo.

ANDAR TÉRREO

1. LABORATÓRIO DE EXPERIMENTAÇÃO

3 (três) bancadas de experimentação de iguais dimensões. Cada bancada é constituída por: cinco tampos de mármore.

2. SALA CAPELA

Uma capela química de madeira com bancada de azulejo branco constituída por: uma janela móvel de vidro com alça de alumínio.               

3. SALA DE CULTURA (MAMÍFEROS)

Uma bancada com tampo de mármore suportado em um armário de madeira

4. SALA DE MICROSCÓPIOS

1 (uma) bancada contínua com formato em L

5. SALA DE EQUIPAMENTOS ANALÍTICOS

Uma bancada contínua encostada.

6. SALA DE CULTURA (PROTOZOÁRIOS, BACTÉRIAS E FUNGOS)

Uma bancada com (a) tampo de mármore.

SEGUNDO ANDAR

1. LABORATÓRIO DE EXPERIMENTAÇÃO

3 (três) bancadas de experimentação de iguais dimensões.

2. SALA BIOLOGIA MOLECULAR

1 (uma) bancada encostada na parede formada por 2 (dois) (a) tampos de mármore cada um suportados em 2 (duas) (b) estruturas de metalon.

3. LABORATÓRIO DE MAGNETISMO

1 (uma) bancada em L formada por 3 (três) (a) tampos de mármore suportados em 3 (três) (b) estruturas de metalon.

4. SALA CAPELA

1 (uma) (a) capela de madeira com bancada de tijolos constituida por: 1 (uma) (b) janela móvel de vidro com (c)alça de alumínio.

5. SALA DOS PROFESSORES

1 (uma) mesa contínua encostada em todas nas 4 paredes da sala, composta por: 9 (nove) (a) tampos de madeira.

6. SALA DOS TÉCNICOS

Sala 1:

1 (uma) mesa de parede de madeira composta por: 3 (três) (a) tampos.

Sala 2:

1 (uma) (a) mesa de parede em L de parede composta por 3 (três) tampos.

7. SALA DE REUNIÂO

1 (uma) (a) mesa em L de parede composta por 4 (três) tampos.

 

• Núcleo Multidisciplinar de Pesquisa em Computação (NUMPEX-COMP):

Área e 100 m². No NUMPEX-COMP são realizadas pesquisas nas áreas de Computação científica, modelos matemáticos, técnicas de soluções numéricas, modelagem computacional, linguagem de programação, desenvolvimento de software, apoiando decisões e pesquisas em Ciências Biológicas e Tecnológicas.

Laboratório não compartilhado com outras instituições.

 

• Núcleo Multidisciplinar de Pesquisa em Nanotecnologia (NUMPEX-NANO): Em fase de implantação já contando com doze docentes cadastrados.

 

2. Inmetro

Divisão de Metrologia de Materiais – DIMAT.

A Divisão de Metrologia de Materiais – DIMAT é composta por 7 (sete) laboratórios e 3 (três) salas de preparo de amostras. As instalações da DIMAT ocupam uma área aproximada de 500 m². Os laboratórios foram construídos em módulo com isolamento vibratório. Laboratórios não compartilhados com outras instituições.

 

Laboratórios

Laboratório de Microscopia (Nulam)

Laboratório de Fenômenos de Superfície (Lafes)

 Laboratório de Difração e Espectroscopia (Lades)

Laboratório de Biomateriais e Tribologia (Labit)

Laboratório de Análises Térmicas e Materiais Particulados (Latep)

Laboratório de Dispositivos Orgânicos (Lador)

Laboratório de Nanometrologia Teórica (Lateo)

Salas de Preparo de Amostras

 

3. UFRJ/Faculdade de Farmácia

4. 3.1 - Laboratório de Diagnóstico Molecular e Hematologia

   3.2 - Laboratório de Sistemas Híbridos

   3.3 - Laboratório de Imunoparasitologia aplicada

   3.4 - LaBioFar - Departamento de Fármacos e Medicamentos

   3.5 - Desenvolvimento e Análise Sensorial de Alimentos

   3.6 - Laboratório de Enzimologia Industrial

   3.7 - Laboratório de Termodinâmica, Biologia Estrutural e Proteômica Aplicada à Doenças Infecciosas e ao Câncer (LABEDIC)

   3.8 - Laboratório de Modelagem Molecular e QSAR

   Laboratórios não compartilhados com outras instituições.

 

LNCC

Recentemente o LNCC adquiriu um supercomputador (SDumont, www.sdumont.lncc.br), junto à empresa francesa ATOS/BULL, o maior e mais rápido supercomputador da América-Latina, capaz de realizar um quatrilhão de operações de ponto flutuante por segundo (petaflop/s). Atualmente, o SDumont opera com 51 projetos científicos e tecnológicos, originários de instituições de todas as regiões do Brasil e em diferentes áreas do conhecimento, tais como: Engenharias, Física, Ciências Biológicas, Química, Ciência da Computação, Meteorologia, Ciências da Saúde, Ciências Sociais, Geociências, Matemática, Ciência dos Materiais, Astronomia e Ciências Agrárias. Há uma importante participação de alunos da PG-LNCC em muitos destes projetos.

O supercomputador está integrado ao SINAPAD (Sistema Nacional de Processamento de Alto Desempenho) mediante a rede acadêmica brasileira, a RNP-Rede Nacional de Pesquisa. O SINAPAD é uma rede de centros de computação de alto desempenho distribuídos pelo Brasil, instituída pelo MCTIC e coordenada pelo LNCC. O LNCC oferece serviço de suporte aos alunos, na solução de problemas relativos a hardware e software, realizado pela equipe do Helpdesk da Coordenação de Tecnologia de Informação e Comunicação (COTIC).

O LNCC dispõe atualmente dos seguintes recursos computacionais, os quais serão utilizados pelos alunos da Pós-graduação: uma sala de visitantes com acesso público para desenvolvimento com 2 Hp compac800 , Intel Core 2Quad Q8400 com 2.66GHz , 4GB de memória RAM, disco de 500 GB, sistema operacional Windows 7 64 bits /Linux e  monitores LCD 19; uma Xerox Multifuncional; uma rede interna padrão ethernet operando a velocidade de 1000 Mbps; servidor de arquivos Netapp para armazenamento de dados; ligação externa a internet operando com um canal com velocidade de 1000 Mbps ligado diretamente a RNP, com um canal redundante de 100 Mbps.

Além dos recursos computacionais ora mencionados, destaca-se ainda a plataforma computacional de alto desempenho acessível aos alunos: Cluster com 92 Sun Blade x6250 com 2 Processadores Intel Xeon E5440; Quad Core, totalizando 8 cores, 16 GB memória PC2-5300 DDR2; Cluster SGI Altix - XE 340 formado por 30 máquinas (nós de execução), cada uma com a seguinte especificação: 2 Processadores Intel Xeon E5520 2.27GHz Quad Core, totalizando 8 cores 24 GB; Memória DDR3 DIMMs; Cluster SGI Altix ICE 8400 formado por 25 máquinas (nós de execução) diskless, cada uma com a seguinte especificação: 2 Processadores Intel Xeon X5650 2.67GHz Hexa Core, totalizando 12 cores; 48 GB memória DDR3 DIMMs. O cluster conta com 1 login node com capacidade bruta de armazenamento de 5TB. Laboratórios não compartilhados com outras instituições.

 

 

1. Biomanguinhos/Fiocruz

Localizado no campus sede da Fundação Oswaldo Cruz (Fiocruz), no Rio de Janeiro, o Instituto de Tecnologia em Imunobiológicos (Bio-Manguinhos) dispõe de moderna infraestrutura com 72 mil m². A unidade ocupa áreas nos pavilhões Rocha Lima, Rockefeller, Henrique Aragão e no Complexo Tecnológico de Vacinas (CTV), onde está concentrada a maior parte da sua atividade industrial. Bio-Manguinhos dispõe das seguintes plataformas tecnológicas:

• Sistemas de expressão em eucariotes superiores;
• Sistema de produção de partículas virais em células eucarióticas;
• Sistemas de expressão em eucariotos inferiores;
• Sistemas de expressão em células procariontes;
• Sistema de produção de antígenos bacterianos;
• Conjugação;
• Anticorpos monoclonais;
• Imunofluorescência;
• Ensaio imunoenzimático;
• Imunocromatografia;
• Ensaios de imunofenotipagem;
• Microarranjos;
• Ensaios moleculares.

A Vice Diretoria de Desenvolvimento Tecnológico de Bio-Manguinhos é composto por sete laboratórios organizados por áreas de conhecimento, a saber: Imunologia (Laboratório de Tecnologia Imunológica- LATIM);

Biologia Molecular (Tecnologia em Recombinantes- LATER);

Bioquímica (Laboratório de Química de Macromoléculas- LAMAM);

Vacinas virais (LATEV);

Vacinas Bacterianas (LATEB);

Reativos em diagnóstico (LATED);

Anticorpos monoclonais (LATAM).

Dispõe também de sistemas de biorreatores, cromatógrafos Akta (GE) para purificação, Seqüenciador automático de DNA, Sistemas para PCR e qPCR (ABI 7500- Applied Biosystems), microcentrifugas, ultra-centrífugas, estufas, câmaras frias, sala de freezers -20º C e – 70º, microscópio invertido contraste de fase e fluorescência (Optika), leitor de ELISA colorimétrico e de fluorescência (Molecular Devices), Citômetro de fluxo LSR Fortessa (BD Biosystems 12 parâmetros- 4 lasers), Equipamento leitor de ELISpot (CTL) sistema de microarranjos líquidos MAG-PIX (Millipore), fluxos laminares, equipamentos para Western Blot, Fluorímetro (JASCO), Dicroísmo Circular (JASCO) e Analisador de aminoácidos (Applied Biosystems). Laboratórios não compartilhados com outras instituições.

Para subsidiar atividades de pesquisa científica e tecnológica, a Fiocruz preserva materiais biológicos vivos e não vivos. São dez coleções científicas credenciadas que são, também, postas à disposição de outras instituições de pesquisa. São elas: Entomológica (desde 1901, com 5 milhões de exemplares); Helmintológica (1907, 37 mil amostras); Cultura de Fungos (1922, aproximadamente 1800 linhagens de diferentes grupos toxiconômicos); Febre Amarela (1931, 500 mil amostras); Cultura de Bactérias (1930~1940, 50 mil amostras); Malacológica (1948, 5 mil lotes de conchas e partes moles de espécimes de oito famílias); Cultura de bactérias do gênero Bacilus e gêneros correlatos (1979, 1250 estirpes liofilizadas, perfazendo um total de 12500 cópias); Leishmania e Emndotrypanum (1980, 1200 espécies, com 3500 cepas preservadas_; Tripanossomatídeo (1995, 500 amostras); Fungos produtores de micotoxinas e de interesse em saúde pública (1997, 46 cepas, distribuídas em oito gêneros e 53 espécies).

 

 

NanoBioSistemas Aplicados à Saúde e ao Meio Ambiente

 

Descrição: A área de concentração “Nanobiosistemas Aplicados à Saúde e ao Meio Ambiente” foi uma escolha baseada na carência no país de profissionais capazes de desenvolver soluções tecnológicas para resolver problemas relacionados a saúde e problemas ambientais através da Nanotecnologia.

É uma área multidisciplinar, visando o estudo e compreensão de fenômenos físicos, químicos e biológicos e utilizando ferramentas computacionais e de engenharia para desenvolver os dispositivos, levando também em conta os impactos econômicos e sociais dessas pesquisas.

O pesquisador formado nesse curso de pós-graduação possuirá o conhecimento que o tornará capaz simultaneamente de entender o problema biológico (sanitário, terapêutico, toxicológico ou ambiental) a ser resolvido e sua relevância econômica e de desenvolver sistemas para resolve-los a partir de métodos computacionais e Nanotecnologia e Nano-Biotecnologia.

As possibilidades imensas de interações entre sistemas nanoestruturados (nanopartículas, nanotubos, nanofios, nanofibras, nanolamelas, materiais mesoporosos etc...) e moléculas biológicas e de fármacos abrem hoje um campo enorme relacionado ao desenvolvimento de nano-biosistemas para resolver os desafios de saúde e ambientais do século 21. Se trata de uma área hoje na fronteira do conhecimento humano, incluindo o conceito de biomimetismo.

Após identificação e compreensão do problema, serão utilizados os recursos da simulação computacional para realizar previsões e/ou indicadores de tendências que possam auxiliar na geração de inovações tecnológicas. Em seguida serão desenvolvidos e estudados nanomateriais ou nano-biomateriais que possam atender os requisitos do dispositivo tecnológico desejado. A terceira etapa consistirá na aplicação tecnológica dessas nanoestruturas tanto na forma de nano-dispositivos quanto em formulações para aplicações na área de saúde. Finalmente, serão efetuados testes biológicos e ambientais para se certificar da eficiência e da sua inocuidade para a saúde e o meio ambiente.

            Convém notar que a formação e experiência do corpo docente do programa proposto abrange todos as áreas do conhecimento requeridas para permitir o avanço do conhecimento na área de concentração proposta e alcançar os objetivos tecnológicos e de formação de recursos humanos acima citados.

O programa visa o desenvolvimento de três linhas de pesquisa:

Modelagem e Simulação de Nanobiosistemas

Síntese e Caracterização de Nanobiosistemas

Aplicações de Nanobiosistemas

 

Segue abaixo descrição detalhada.

 

Linha de Pesquisa 1: Modelagem e Simulação de Nanobiosistemas

A linha de pesquisa “Modelagem e simulação de Nanobiosistemas” inclui projetos orientados à modelagem e simulação de sistemas biológicos, químicos e físicos, direcionados a solucionar problemáticas principalmente na área da saúde e do meio ambiente. O objetivo é desenvolver ferramentas computacionais para análise sistemática e integrada de diversos parâmetros que compõem sistemas nanobiológicos complexos, como por exemplo a formação de padrões de regulação gênica e sinalização celular, computação quântica, estruturas de proteínas e de compostos bioinorgânicos. Os cálculos numéricos são baseados em métodos teóricos como redes complexas, equações diferencias, algoritmos genéticos, caminhada quântica e modelagem molecular. Os modelos experimentais (dados de expressão gênica, proteica, imageamento in vivo, etc) são desenvolvidos nas unidades credenciadas na pós-graduação.

            A elaboração de modelos visa a uma melhor compreensão e descrição dos nanobiosistemas estudados, permitindo propor soluções principalmente à problemas biomédicos fundamentais, como o desenho racional de novas vacinas, a descrição de mecanismos de regulação gênica e sinalização celular, o planejamento de novos fármacos e a realização de novos compostos com propriedades antipatogênicas. Os modelos permitirão também determinar a morfologia e composição química mais adequada de nanomateriais a serem desenvolvidos (descritos na linha 2) para alcançar objetivos terapêuticos ou ambientais, levando em conta a sinergia teórica entre o material, o fármaco e a molécula biológica envolvida no problema a ser resolvido ou o objetivo a ser alcançado.

A linha de pesquisa se articula nos seguintes objetivos específicos:

1. Teoria de redes complexas aplicada ao estudo da regulação gênica e redes de sinalização celular
2. Metaheurísticas aplicadas a problemas de minimização em modelos de redes complexas
3. Propriedades emergentes e frentes de onde em redes de regulação gênica e sinalização celular
4. Análise e processamento de imagens de microscopia confocal
5. Mecanismos de proteção de células-tronco contra terapias anticâncer
6. Desenho racional in silico de novas vacinas.
7. Algoritmos quânticos para modelagem de sistemas físicos e biológicos.
8. Sistemas computacionais para cálculo de estruturas de proteínas.
9. Química computacional para planejamento de novos fármacos.
10. Planejamento de novos compostos bioinorgânicos com propriedades antivirais, antibacterianas, antifúngicas e herbicidas.
11. Planejamento de novos materiais nanoestruturados para soluções na área de saúde e do meio ambiente.
12. Simulação de processos dinâmicos e mecanismos de transporte de espécies moveis em materiais condutores iônicos usados em dispositivos para fontes de energia limpa (células a combustível, células solares sensibilizadas por corante)
13. Simulação de propriedades opto-eletrônicas em nano-dispositivos usados em aplicações para células solares
14. Simulação morfológica e química de novos catalisadores nanoestruturados para aplicações catalíticas em petroquímica.
15. Análise genômica, geração e processamento de dados, com aplicação na saúde humana, animal e vegetal e na área ambiental.
16. Desenvolvimento e uso de computação de alto desempenho para estudo de problemas biológicos.
17. Processamento e Visualização de Imagens.
18. Desenvolvimento e análise de algoritmos baseados em passeios quânticos.
19. Modelagem multiescala.

 

Linha de Pesquisa 2: Síntese e Caracterização de Nanobiosistemas

A linha de pesquisa “Síntese e Caracterização de Nanobiosistemas” tem por objetivo desenvolver nanomateriais (físicos, biológicos ou híbridos) capazes de resolver problemas sanitários, terapêuticos, toxicológicos ou ambientais de interesse da sociedade. Inicialmente, processos químicos e químico-biológicos conhecidos e/ou inovadores serão utilizados para síntese de nanomateriais podendo apresentar uma eficiência para resolução do problema. A estrutura desses sistemas será investigada tanto na escala local quanto na escala nanométrica, e correlacionada com as suas propriedades, visando sua otimização. Para isso, serão também empregados diversas técnicas de caracterização de nanosistemas, como técnicas de microscopia eletrônica, microscopia óptica de campo próximo, microscopia de ponta de prova, espectroscopia Raman e espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios-X. Técnicas disponíveis no Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS, Campinas-SP) para investigação de sistemas nanoestruturados como por exemplo o SAXS (espalhamento de raio-X em baixos ângulos) serão também empregadas. Essa linha de pesquisa é extremamente multisdisciplinar, necessitando da competência de Químicos, Físicos, Biológos e Cientistas de Materiais.

Dentro desta linha de pesquisa, serão alvos primários de investigação os seguintes temas:

1. Desenvolvimento de nanopartículas inorgânicas ou nanopartículas híbridas orgânicas-inorgânicas para o encapsulamento, a vetorização e a liberação rápida e local de fármacos ou vacinas nas células do paciente.
2. Desenvolvimento de filmes finos nanoestruturados (nanopartículados, mesoporosos etc...) inorgânicos e híbridos e de nanofibras para o encapsulamento e a liberação prolongada e controlada no sangue humano de fármacos e vacinas.
3. Desenvolvimento de filmes finos nanoestruturados e nanotubos inorgânicos e híbridos orgânicos-inorgânicos para uso em biosensores para detecção de vírus, bactérias, substancias toxicas entre outros.
4. Desenvolvimento de biosistemas nanoestruturados apresentando propriedades elétricas ou ópticas a base de agregados de proteínas (fibrilas, partículas) interagindo com metais, visando agregar conhecimento para aplicações futuras em eletrônica e óptica.
5. Desenvolvimento de nanofibras para regeneração de tecidos biológicos.
6. Desenvolvimento de membranas poliméricas nanoestruturadas condutoras iônicas e de filmes nanoestruturados ou nanotubos inorgânicos e híbridos orgânicos-inorgânicos para aplicações em fontes de energia limpas como células a combustível e células solares.
7. Síntese de novos catalisadores mesoporosos inorgânicos e híbridos orgânicos-inorgânicos para aplicação em processos químicos, particularmente em petroquímica.
8. Nanometrologia e Nanotecnologia em grafeno e materiais bidimensionais.
9. Instrumentação e pesquisa em microscopia óptica de campo próximo.
10. Nanoestruturas de carbono e biocarvão para aplicação em solos.
11. Metrologia dimensional de nano-objetos por métodos diretos e indiretos.
12. Espectroscopia Raman aplicada ao estudo de polimorfismo em fármacos.
13. Metrologia aplicada a nanocompostos poliméricos.
14. Metrologia de superfícies aplicada a materiais biológicos.

 

Linha de Pesquisa 3: Aplicações de Nanobiosistemas

O foco da linha de pesquisa “Aplicações de Nanobiosistemas” é a aplicação tecnológica dos nanobiosistemas idealizados na linha de pesquisa 2 para solucionar problemas de grande impacto em áreas biomédicas e do meio ambiente. Através da fabricação de novos protótipos usando conceitos da nanociência e implementação de novos métodos com alto conteúdo nanotecnológico pretende-se responder de forma prática a essas demandas fundamentais e desafiadoras da nossa sociedade. A linha agrega projetos orientados a avaliar tanto a eficiência e a viabilidade sócio-econômica desses nano-dispositivos quanto sua inocuidade para o ser humano e o meio ambiente, inclusive através de parcerias com o setor produtivo e os órgãos públicos de saúde. É importante salientar que até hoje não foram fornecidas respostas claras sobre a inocuidade dos sistemas nanoestruturados para a saúde humana. Se trata, portanto, de pesquisas na fronteira do conhecimento num assunto de suma importância para a sociedade.

A linha de pesquisa se articula nos seguintes objetivos específicos:

1. Teste de citotoxicidade e da eficiência terapêutica dos nanomateriais carregadores de fármacos e de vacinas desenvolvidos.
2. Teste de citotoxicidade e eficiência biológica das nanofibras para regeneração de tecidos.
3. Fabricação e testes em funcionamento de biosensores nanoestruturados (fluorescentes, electroquímicos ou magnéticos) para detecção de vírus, bactérias, substancias toxicas entre outros.
4. Fabricação e testes em funcionamento de células a combustível contendo membranas nanoestruturadas condutoras de prótons.
5. Fabricação e testes em funcionamento de células solares contendo filmes inorgânicos, filmes híbridos orgânicos-inorgânicos nanoestruturados e eventualmente membranas poliméricas nanoestruturadas condutoras iônicas
6. Teste da eficiência catalítica de novos catalisadores mesoporosos em processos químicos, particularmente para petroquímica.