Transístor de papel: a descoberta de Elvira Fortunato que já revoluciona o mundo

As coisas aconteceram-lhe de forma natural. Não gosta de programar a vida a longo prazo e a hipótese de ser cientista, quando era pequena, nunca se colocou. Mas sabia que queria seguir engenharia. Em 2008, Elvira Fortunato conquistou o maior prémio de sempre dado a um investigador português. Sempre a um ritmo alucinante, em entrevista à RTP, esta cientista de 52 anos fala com orgulho da avaliação que obteve no seu Cenimat - Centro de Investigação de Materiais, do que a motiva, do que a inquieta e do reconhecimento público.

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Ideias arrojadas e inovadoras a nível mundial dão-lhe trabalho, prémios, medalhas e, acima de tudo, reconhecimento. Têm sido assim os últimos anos da carreira da investigadora, que conta já com mais de meia centena de patentes. Dez já estão registadas.

Elvira Fortunato, diretora do Cenimat - Centro de Investigação de Materiais da Universidade Nova de Lisboa não esconde que a ciência passou por uma fase menos boa com a troika em Portugal, um facto que "teve efeitos nefastos em termos da investigação científica".Transístores, circuitos integrados, óxidos semicondutores, nano-escala, impressoras a jato de tinta e até bactérias que produzem celulose, com materiais de baixo custo, abrem outras portas na investigação.

Ainda assim considera que a ciência tem evoluído positivamente. Recentemente foi também a primeira cientista portuguesa a receber a medalha Blaise Pascal, atribuída pela Academia Europeia de Ciências.

Chegar às empresas tem sido um percurso difícil, mas a equipa desta investigadora portuguesa está a desenvolver um projeto com a maior indústria nacional - e também europeia - da área do papel.

A nível internacional têm uma patente com a Samsung na área da eletrónica, em que os transístores vão ser usados na nova geração de mostradores.

Pedro A. Pina - RTP

Sem adiantar pormenores, Elvira Fortunato revelou ao site da RTP que tem já fortes contactos na área das análises clínicas e na área das embalagens, com empresas nacionais e multinacionais. Uma para fazer testes de diagnóstico (sangue, malária, leishmânia, colesterol, entre outros) e outra para fazer embalagens inteligentes.

O que é o Cenimat?

"O Cenimat é um centro de investigação de materiais que nasceu na década de 90 e atualmente pertence a um laboratório associado. Em 2006 juntámo-nos aos colegas da física de Aveiro e do Minho. Estes três centros tinham tido uma avaliação excelente porque desde a altura do professor Mariano Gago que os centros de investigação, a nível nacional, são avaliados por painéis internacionais e isso foi muito bom. Permitiu organizar a ciência em Portugal e, por outro lado, o financiamento que nós recebemos da Fundação para a Ciência e Tecnologia é indexado à classificação que temos. É um sistema competitivo, perfeitamente justo.


"Face às boas classificações que tivemos no passado e face à complementaridade que tínhamos nas áreas científicas, juntámo-nos e fizemos um Instituto na área das nanotecnologias. Instituto esse que tem vindo a trabalhar, especialmente, na área dos materiais avançados, nano fabricação e simulação. Na última avaliação que decorreu em 2013/2014 nós tivemos a nota de excecional. Esse reconhecimento é muito bom. Trabalhamos bem, queremos continuar a trabalhar e já para o ano vamos novamente ser avaliados.
"Nós usamos o papel como material de eletrónica, coisa que nunca tinha sido feita no mundo".

No meu grupo em particular, trabalhamos mais na área da microeletrónica e com materiais semicondutores. Portanto, tudo o que seja o fabrico de eletrónica, em eletrónica de papel. Nós usamos o papel como material de eletrónica, coisa que nunca tinha sido feita no mundo. O papel é uma componente eletrónica. Nós aqui usamos o papel para tudo menos escrever. O papel é muito mais nobre".

Em 2008 conquistou o maior prémio de sempre dado a um investigador português, o que foi feito de lá para cá?

"Basicamente, trabalhamos na área dos materiais avançados, utilizados na eletrónica transparente. São materiais funcionais, que permitem ter uma determinada função mas, para além disso, o Cenimat está dividido em três grupos de investigação: grupo de materiais da eletrónica e nanotecnologias, grupo de materiais estruturais que trabalha mais na área dos metais, materiais cerâmicos e também materiais culturais (vidros) e temos um grupo de materiais moles, biomateriais e cristais líquidos.
"Nunca fiz nada de especial para chegar onde cheguei. A única coisa que eu tenho feito é trabalhar, trabalhar e trabalhar".

O laboratório cresceu imenso. O prémio veio acompanhado de um valor monetário elevado. Foram 2,25 milhões de euros que permitiram fortalecer o laboratório. Praticamente metade desse valor foi para a aquisição de um microscópio eletrónico de alta resolução e, por outro lado, permitiu também contratar pessoas para trabalhar na área da eletrónica transparente a cinco anos.

O dinheiro traz mais dinheiro, mas não foi só o dinheiro. Foi todo o reconhecimento científico e isso catapultou-nos para um outro patamar em termos de investigação científica".

O que é que a despertou para a ciência?

“Não gosto muito de programar a minha vida a longo prazo ou dizer: eu quero ser isto eu vou ser aquilo. As coisas na minha vida aconteceram todas de uma forma muito natural. Nunca fiz nada de especial para chegar onde cheguei. A única coisa que eu tenho feito desde que acabei o meu curso e comecei a trabalhar foi trabalhar, trabalhar e trabalhar.

Eu não tinha objetivos concretos. A hipótese de ser cientista quando eu era pequenina não se colocou, mas quando eu acabei o liceu e entrei para a Universidade, uma coisa eu sabia: queria seguir engenharia porque é exatamente nessa área que eu me sinto bem".

"Eu gosto de fazer coisas. Não só descobrir mas fazer coisas que sejam úteis para a sociedade, daí que a nossa área de investigação seja muito aplicada. Fazemos muitas coisas relacionadas com dispositivos, biossensores e transístores, que de alguma forma estão muito próximas da indústria, daí ser fácil para nós ter contratos, projetos, e de alguma forma passar aquilo que fazemos aqui dentro das quatro paredes, não só para Portugal mas para o mundo inteiro".

Tem sido fácil chegar às empresas?

"Chegar às empresas, nomeadamente às portuguesas, tem sido um percurso difícil mas, neste momento, estamos a trabalhar com o grupo Portucel. Ganhámos agora um projeto no âmbito do PT 2020 e estamos a trabalhar com a melhor e maior indústria da área do papel nacional e também europeia, o que é muito bom.

Aquilo que vamos fazer no âmbito desse projeto é explorar até que ponto se pode funcionalizar o papel, que é produzido neste momento e que é basicamente para fotocópias e papel de impressão. O objetivo é tentar usar esse papel também para a área da eletrónica e embalagens.

Pedro A. Pina - RTP

Há uma tendência mundial muito grande para substituirmos a maioria das embalagens de plástico por embalagens à base de papel porque temos também um problema mundial: os oceanos estão cheios de plásticos, que duram mais de 100 anos, com todos os problemas que isso acarreta.
"Ganhámos agora um projeto no âmbito do PT 2020 e estamos a trabalhar com a melhor e maior indústria da área do papel nacional e também europeia".

Imagine que eu quero ver um pedacinho de papel aqui dentro do microscópio. Ele é muito transversal e deve cobrir as áreas todas, até analisar peças metálicas defeituosas que são responsáveis pelos airbags, por exemplo. Nós já identificámos um problema crítico de uma empresa alemã que disse que a empresa portuguesa é que estava a fazer o trabalho mal feito. Depois descobriu-se que a empresa alemã estava a comprar essas peças metálicas a uma empresa chinesa. Os airbags mesmo sem impacto abriam porque as molinhas partiam.

Desde ver esse tipo de coisas neste microscópio, a identificar esses problemas, essas doenças se quiser, também podemos ver bactérias. Nós temos neste momento trabalhos com diversas bactérias: as que produzem fibras de papel como as bactérias que estão no vinagre e as que permitem o fabrico de uns biopolimeros a partir de uns resíduos.

Um biopolímero pode ser usado também em biossensores, em embalagens específicas. Portanto, é um resíduo que é transformado num material de elevado valor acrescentado. Sem este equipamento era impossível progredir tanto. Este microscópio é único a nível nacional".
"Fazer um transístor é como fazer um bolo"
"Eu costumo dizer que fazer um transístor é como fazer um bolo. Eu preciso para fazer um bolo de farinha, ovos e açúcar. Para fazer o transístor preciso também de materiais isolantes, materiais condutores e materiais semicondutores. Neste caso, o isolante é o papel.

O papel não conduz eletricidade. É um material isolante, eletrónico. Então fizemos os transístores e passamos para circuitos mais completos já em papel.

"Temos um protótipo que foi feito no âmbito de um projeto europeu, em que não só temos transístores mas sensores e um mostrador. Isto era utilizado para a deteção de um gás tóxico e depois no mostrador podem aparecer as palavras: “attention”, “dangerous”. Aqui pode ver-se que nós integramos o transístor com outros componentes."Para além da eletrónica de papel, mais recentemente, começamos a trabalhar na área dos biossensores. São feitos numa impressora laser, cujo tonner é cera."

Para além da eletrónica de papel, mais recentemente, começamos a trabalhar na área dos biossensores. Aqui a ideia é nós termos também sensores em papel, a um custo muito reduzido e neste caso em particular são feitos numa impressora laser, cujo tonner é cera. A tinta é cera como lápis de cera.

Nós usamos esta cera para imprimir um determinado padrão. Neste caso pode ser um sensor em que em cada uma destas pontinhas eu vou determinar qualquer coisa: glucose, colesterol, aquilo que eu quiser. São testes de diagnóstico rápido e a um baixo custo. Pelo facto de ser em papel tem a grande vantagem de que no fim queima e não tem problemas de contaminação. Além disso, foram feitos para serem compatíveis com as máquinas que já existem no mercado".

Pedro A. Pina - RTP

Como se faz um transístor?

"Numa das faces coloco um condutor, que pode ser alumínio ou cobre. Na outra superfície coloco um material semicondutor que é à base de óxido de zinco. No fundo é como se eu fizesse uma fotocópia frente e verso. Começo no meio do dispositivo. Numa das faces ponho um condutor, na outra face o semicondutor e já tenho transístor.

Tem imensas aplicações. As placas que são usadas para análises clínicas e mesmo para experiências podem ser substituídas por uma placa de papel, com a grande vantagem de que o custo é muito menor. Por outro lado, eu não necessito de ter um volume tão grande de material. Basta impregnar o poço de papel com a solução, que em alguns casos pode ir a 100 vezes menos a quantidade de solução".

“Neste momento, a nível internacional, há quatro grandes pilares que têm problemas ou que necessitam de outra atenção: água, alimentação, a parte da saúde, em especial, com as pessoas mais velhas e a internet das coisas.

A longevidade é cada vez maior mas acima de tudo nós queremos viver com qualidade, daí que seja necessário todo um conjunto de testes de diagnóstico, de ferramentas, que permitam controlar de uma forma melhor.

Já na área da internet das coisas, os estudos de mercado apontam que, como temos a cloud, dentro de pouco tempo vamos deixar de ter programas nos nossos discos rígidos. Nós só precisamos de ter documentos. A informação anda por aí."A nível mundial inquietam-me os problemas da sustentabilidade e os problemas ambientais, como o CO2 e o aumento da temperatura. Os glaciares estão a derreter”.

Numa sociedade cada vez mais integrada, mais sustentável, em que se quer que todas as coisas sejam inteligentes, o ideal é que eu possa controlar automaticamente, a eletricidade, o ar condicionado, em função da temperatura ou em função da luminosidade. Para que isso aconteça eu tenho que ter sensores dispersos, quer seja numa casa, quer seja numa fábrica ou até num automóvel. Para que isso exista tem que existir eletrónica, emissores, recetores, mas a um baixo custo".

"A nível mundial inquietam-me os problemas da sustentabilidade e os problemas ambientais, como o CO2 e o aumento da temperatura. Os glaciares estão a derreter.

Se não se colocarem travões, a Terra não vai conseguir resistir. Se nós continuarmos, por exemplo, a consumir o cobre ou o ouro, alguns materiais extremamente importantes na área da eletrónica, à velocidade que estamos a consumir hoje, dentro de 30, 50 anos não há mais materiais destes na terra".

Como vê a ciência em Portugal?

"A ciência em Portugal passou uma fase má. Na última legislatura tivemos a troika e isso teve efeitos nefastos em termos da investigação científica mas por outro lado às vezes os sucessos partem ou surgem devido às dificuldades que as pessoas têm. "A ciência em Portugal passou uma fase má. Na última legislatura tivemos a troika e isso teve efeitos nefastos em termos da investigação científica”.

Se estivermos sempre numa zona de muito conforto e tivermos tudo de uma forma muito simples, não nos esforçamos muito. É um facto. Isso também consciencializou os investigadores para serem mais ativos e se candidatarem a outras fontes de financiamento, nomeadamente projetos europeus.

Esses projetos são muito competitivos porque são 28 países a concorrer às mesmas coisas e aí a competição é mais forte, mas temos tido sucesso. Portanto, o défice é positivo.

Pedro A. Pina - RTP

A ciência tem evoluído positivamente. Aliás deu um salto num espaço de tempo pequeno. Nós no espaço de cerca de 20/30 anos demos um salto gigante e mesmo com os recursos que temos, penso que conseguimos fazer milagres com as verbas".

É vice-presidente do grupo de conselheiros do Comissário Carlos Moedas para a investigação, ciência e inovação, qual é o papel que desempenha?

"É uma grande responsabilidade mas é um orgulho muito grande. Foi um processo de candidaturas, não foi por convite. Houve um processo a nível europeu e é engraçado porque eu tive que ir a Bruxelas. Fizeram-me uma entrevista, coisa que eu não fazia já há não sei quantos anos. Normalmente eu é que faço entrevistas mas correu muito bem e fui selecionada.

Basicamente, neste grupo de sete há problemas que são colocados pelos comissários europeus. São pessoas de várias áreas científicas.

"São evidências científicas. Nós fazemos o nosso trabalho, depois os políticos que decidam. Portanto, é preciso legislar".

A ciência é vastíssima e, por vezes, é necessário regular a nível europeu. Fazer novas leis. Existia a necessidade de se regular a nível, por exemplo, das emissões dos automóveis, nomeadamente CO2. Aquilo que se verifica é que quando nós compramos um carro e se analisa qual é a emissão de CO2 que o vendedor indica, isso não tem nada a ver com a emissão do CO2 que o veículo faz em andamento.

Existe um hiato enorme que pode ir até aos 40 por cento. Esse problema foi até colocado pelo comissário espanhol europeu. Sendo um problema mais científico veio para o comissário Carlos Moedas, que o colocou aqui a este grupo de investigação. Nós estamos neste momento a finalizar um relatório, estritamente científico.

Basicamente o que se quer fazer é alterar o ciclo de testes porque está provado que o que é feito não tem nada a ver com as emissões que depois os veículos têm em andamento normal. São evidências científicas. Nós fazemos o nosso trabalho, depois os políticos que decidam. Portanto, é preciso legislar. Há que convencer também os grandes fornecedores de automóveis que vão ter uma lei, um critério mais real. Será para 2017".

O número de patentes que têm já é considerável. Que patentes são essas?

“Temos patentes na área da eletrónica transparente, nomeadamente com a Samsung na área da eletrónica transparente para os mostradores. São transístores transparentes que vão ser usados na nova geração de mostradores.

Temos também patentes na área da eletrónica de papel, por exemplo, os transístores de papel. Algumas patentes na área de novos materiais óxidos, com propriedades diferentes dos que já existem e também patenteamos essas combinações de materiais e o seu processo de fabrico. Temos ainda algumas patentes na área dos biossensores, como testes de diagnóstico rápido.

Aquilo que nós achamos que pode vir a potenciar estas descobertas é serem usadas em termos industriais. O nosso sonho é tentar passar todo este desenvolvimento para a indústria. Face à importância que isto está a ter, a própria Comissão Europeia abriu projetos em áreas específicas.“O nosso sonho é tentar passar todo este desenvolvimento para a indústria (…) A própria Comissão Europeia abriu projetos em áreas específicas”.

Neste momento, no âmbito do grande pacote de projetos europeus, existe um projeto específico na área do papel eletrónico, ao qual concorremos. Isso mostra o interesse da própria Comissão Europeia em potenciar e colocar um alerta aos investigadores: por favor trabalhem nesta área com o envolvimento de empresas.

Neste momento, na área do papel, estamos com contactos fortes na área quer das análises clínicas, quer na área das embalagens, com empresas nacionais e multinacionais. Uma é para fazer testes de diagnóstico e outra para fazer embalagens inteligentes, mas não posso dar mais pormenores.

Isto é como se fosse uma peça de lego. É uma plataforma. Agora podemos fazer em cima daquilo o que nós quisermos. Nós desenvolvemos uma plataforma de baixo custo, usando a impressão, para fazer testes de diagnóstico. Agora o teste pode detetar o que quiser: malária, leishmânia, colesterol. Depende daquilo que se quiser lá colocar.
Nanofibras a partir de bactéria do vinagre
Ainda na área do papel, neste momento, estamos a trabalhar com uns colegas da Universidade do Minho que trabalham com umas bactérias que são as bactérias do vinagre. Produzem nanocelulose que são fibras também de celulose mas com uma dimensão mais pequenina, com um grau muito elevado de pureza e sem defeitos porque normalmente a natureza é perfeita. “São fibras de celulose mas com uma dimensão mais pequenina, com um grau muito elevado de pureza e sem defeitos porque normalmente a natureza é perfeita”.

Como as fibras são muito pequeninas, são nanofibras, o papel é transparente, é quase papel vegetal. Isso para nós foi muito engraçado porque trabalhávamos na área da eletrónica transparente, trabalhávamos na área do papel, então aqui juntámos as duas. Podemos ter eletrónica transparente em papel transparente.

Em termos de sustentabilidade, nós não precisamos de estar à espera quatro ou cinco anos que o eucalipto ou o pinheiro cresça para depois ser cortado e depois ter que utilizar toda aquela indústria pesada, química, para extrair da madeira a celulose. Eu aqui tenho as bactérias. Elas durante dois a três dias fazem folhas de papel. É numa escala diferente, mas sobretudo são alternativas sustentáveis.

Pedro A. PIna - RTP

Nós fazemos exatamente a mesma coisa que fazemos com o papel normal: células celulares, fotovoltaicas, transístores e testes de diagnóstico. Podemos fazer exatamente a mesma coisa ou até melhor, usando a nano celulose, as nano fibras produzidas pela bactéria do vinagre".
Tetra solar a baixo custo
“A tecnologia não coloca qualquer tipo de impedimento. Inicialmente quando começámos a trabalhar na área do papel, sendo o papel um material barato, nós tínhamos que utilizar tecnologias para fazer os dispositivos em papel também baratos, então iniciámos o trabalho com simples impressoras a jato de tinta.

Retirámos os tinteiros de tinta normal das impressoras e em substituição da tinta normal colocámos tintas feitas por nós com nanopartículas (óxido de zinco, prata, cobre – materiais que são usados na eletrónica) com os materiais que nós sintetizamos no laboratório para poder imprimir os transístores.“Como queremos embalagens inteligentes, lembrámo-nos as embalagens tetrapack têm no seu interior alumínio que é um dos nossos materiais da eletrónica. Aproveitámos o cartão e fizemos uma célula solar”.

Colocamos esses materiais nos tinteiros, imprimimos e fizemos dispositivos, transístores, circuitos integrados em papel. Imprimimos o que quisermos, no tipo de substrato que quisermos.

Como isto funcionou bem e estas impressoras não foram feitas para transístores, comprámos uma mais profissional onde até podemos controlar a temperatura da deposição, a velocidade de deposição e fazer circuitos com mais complexidade e com uma resolução maior.

Como queremos embalagens inteligentes, lembrámo-nos que parte das embalagens são de tetrapack para líquidos. Como o tetrapack tem no seu interior alumínio, que é um dos nossos materiais da eletrónica, nós aproveitámos o cartão do tetrapack já com o alumínio, em que o próprio alumínio já é o contato inferior de uma célula solar.

Resumindo, é uma célula que converte energia solar em energia elétrica. Chamámos-lhe tetra solar. Portanto, células de baixo custo em cartão tetra pack”.

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