A ciência alagoana ganha destaque nacional com o trabalho desenvolvido pelo físico teórico aplicado Matheus dos Santos Farias, natural de Girau do Ponciano, no Agreste de Alagoas, e pesquisador em formação no Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN-USP).
O pesquisador desenvolveu uma nova formulação matemática destinada a modelar a evolução temporal do tamanho de nanopartículas de ouro e estudar, por meio de simulações computacionais, diferentes condições envolvidas em sua formação.
Batizado de Modelo Padrão Farias (MPF), o trabalho reúne conceitos de biomatemática, modelagem matemática, nanotecnologia, física nuclear aplicada à saúde e computação científica, criando uma estrutura matemática para representar fenômenos que ocorrem em escala nanométrica.
A pesquisa chama atenção não apenas pela complexidade da formulação, mas também pela trajetória de um pesquisador alagoano que leva o nome de Girau do Ponciano para um ambiente de pesquisa científica de alta complexidade.
Uma equação para estudar o comportamento das nanopartículas
No centro do Modelo Padrão Farias está uma equação diferencial de primeira ordem, não linear e com retardo, desenvolvida para representar a evolução do tamanho médio de nanopartículas de ouro ao longo do tempo.
A formulação parte de uma aproximação geométrica na qual a nanopartícula é considerada aproximadamente esférica. A partir da relação entre volume e tamanho, o modelo transforma matematicamente a variação do volume em uma taxa de evolução do tamanho da nanopartícula.
A estrutura incorpora diferentes mecanismos que podem interferir nesse processo, incluindo contribuições químicas relacionadas ao crescimento, mecanismos físico-coloidais e processos associados à estabilidade, remoção ou limitação do crescimento.
A equação diferencial compacta apresentada no modelo é:
Ḋ(t) = [Λq(t) + Λf(t) − Λe(t)] / D(t)²
A proposta permite representar matematicamente a competição entre diferentes mecanismos envolvidos na evolução das nanopartículas.
Computação permite simular diferentes cenários
O modelo foi implementado computacionalmente em Python, utilizando o método numérico de Runge–Kutta de quarta ordem (RK4). Com isso, a evolução temporal prevista pela formulação pode ser estudada por meio de simulações.
A proposta também contempla a geração de resultados sintéticos associados às técnicas de caracterização TEM e DLS, ferramentas utilizadas em estudos de nanopartículas.
Na prática, a ideia é utilizar a matemática e a computação como ferramentas complementares ao trabalho experimental. As simulações podem permitir que determinados cenários sejam explorados previamente, contribuindo para o planejamento de futuras investigações laboratoriais.
O modelo, portanto, não pretende substituir experimentos ou equipamentos científicos, mas funcionar como uma ferramenta de apoio para a investigação de diferentes condições.
Da nanotecnologia à pesquisa em saúde
Nanopartículas de ouro são estudadas em diferentes áreas da ciência, inclusive em pesquisas biomédicas. O Modelo Padrão Farias foi estruturado para contemplar diferentes condições de síntese, incluindo rotas clássicas, como o método de Turkevich, além de condições relacionadas à síntese radioativa.
Essa abordagem aproxima a pesquisa de estudos envolvendo nanobraquiterapia, área que reúne conceitos de nanotecnologia e física nuclear em investigações relacionadas à saúde.
Entre as perspectivas estudadas estão possíveis aplicações futuras em pesquisas relacionadas ao tratamento de tumores, incluindo estudos envolvendo câncer de próstata.
É importante ressaltar, porém, que o MPF está inserido no campo da pesquisa científica e da simulação computacional. A formulação não representa, por si só, um tratamento médico disponível. Qualquer eventual aplicação clínica dependerá de pesquisas experimentais, validações científicas, estudos de segurança e outras etapas necessárias antes de uma utilização na medicina.
Física nuclear também integra o modelo
Outro aspecto do trabalho é a utilização de parâmetros relacionados a fenômenos radiolíticos, dose de radiação e fluxo de nêutrons.
Com isso, a formulação busca reunir informações químicas, físicas, coloidais, radiolíticas e de estabilidade, além de parâmetros relacionados aos próprios protocolos experimentais.
Essa característica aproxima o trabalho da física nuclear aplicada à saúde, estabelecendo uma ponte entre fenômenos que acontecem em escala nanométrica e pesquisas que investigam possíveis aplicações biomédicas.
Uma mesma formulação em diferentes linguagens matemáticas
O Modelo Padrão Farias também apresenta diferentes representações da formulação matemática. O modelo pode ser organizado nas formas diferencial, vetorial, somatória e integral.
Na representação vetorial, os diferentes mecanismos são organizados com ferramentas da Álgebra Linear. Na forma somatória, aparecem como diferentes canais de contribuição. Já a representação integral permite observar a evolução da nanopartícula como um processo acumulativo ao longo do tempo.
A utilização de diferentes representações amplia as possibilidades de análise matemática do modelo.
Um laboratório virtual para a pesquisa
Uma das ideias centrais da proposta é permitir que determinados comportamentos sejam inicialmente investigados por meio de simulações computacionais, antes ou em paralelo às etapas experimentais.
Ao transformar mecanismos físico-químicos em parâmetros, funções e equações, o modelo cria um ambiente computacional no qual diferentes condições podem ser testadas matematicamente.
Esse tipo de abordagem pode ser especialmente útil em pesquisas que envolvem equipamentos especializados e procedimentos experimentais complexos, permitindo explorar hipóteses e cenários antes da realização de determinadas etapas em laboratório.
De Girau do Ponciano para a pesquisa científica
Natural de Girau do Ponciano, em Alagoas, Matheus dos Santos Farias representa uma trajetória que conecta o interior alagoano a um dos principais ambientes brasileiros de pesquisa em áreas como energia nuclear, física e aplicações científicas.
No IPEN-USP, o pesquisador desenvolve uma proposta que coloca a matemática como elemento de conexão entre diferentes campos da ciência.
O trabalho aproxima matemática, física, química, nanotecnologia, computação e saúde, mostrando como uma formulação desenvolvida no campo da matemática aplicada pode ser utilizada para investigar fenômenos relacionados às nanopartículas.
Pesquisa também chega ao INPI
Além da proposta científica, o desenvolvimento também avançou para a área de propriedade intelectual.
O trabalho relacionado ao “Processo de controle preditivo da síntese de nanopartículas metálicas mediante determinação computacional de parâmetros operacionais” recebeu pedido de patente nacional junto ao Instituto Nacional da Propriedade Industrial (INPI), sob o processo BR 10 2026 022701 3.
O registro formaliza a proteção do desenvolvimento no âmbito da propriedade industrial.
Ciência que ainda está em construção
O Modelo Padrão Farias está inserido em uma etapa de desenvolvimento científico e computacional. Novos estudos, experimentos, validações e publicações poderão contribuir para determinar o alcance da formulação e suas possíveis aplicações.
Por enquanto, o trabalho reúne uma formulação matemática, diferentes formas de representação, implementação computacional e simulações voltadas ao estudo de nanopartículas de ouro.
Mais do que uma equação, a pesquisa desenvolvida pelo físico alagoano Matheus dos Santos Farias propõe uma ponte entre diferentes áreas do conhecimento.
De Girau do Ponciano para o IPEN-USP, da equação ao código, do código à simulação e da simulação a novas perguntas para a ciência.
