É uma rotina que se repete há anos. Após praticar em casa tai chi chuan, o químico Henrique Eisi Toma caminha por uma hora dentro da Cidade Universitária no bairro do Butantã até chegar ao Instituto de Química da Universidade de São Paulo (IQ-USP). Professor sênior da instituição e aposentado compulsoriamente em 2024, Toma, de 78 anos, continua produtivo e atuante. “Movido pelo espírito científico e sem os contratempos da vida acadêmica, deixo fluir minha liberdade de criação”, contou a Pesquisa FAPESP.
A vida acadêmica foi iniciada há 54 anos, quando, ainda no doutorado sob orientação de um pesquisador norte-americano que ganharia anos depois o Nobel de Química, foi convidado a lecionar no IQ-USP. Depois de dois estágios de pós-doutorado cursados nos Estados Unidos, retornou ao Brasil em 1980 com uma nova visão da ciência e um interesse pela química bioinorgânica, que evoluiu naturalmente para a química supramolecular e, posteriormente, para a nanotecnologia molecular.
Química, nanotecnologia
Instituição
Universidade de São Paulo (USP)
Formação
Graduação (1970) e doutorado (1976) pela USP
O envolvimento com a nanotecnologia fez com que passasse a estudar as nanopartículas inteligentes, estruturas dotadas de novas funcionalidades químicas ou físicas, por meio da adição de moléculas específicas em sua superfície. Uma dessas nanopartículas, as superparamagnéticas, foi a base para a criação de uma nova tecnologia mineral, a nano-hidrometalurgia magnética. “Em laboratório, o processo de separação das terras-raras utilizando essa metodologia já está demonstrado”, assegura.
A divulgação científica é outra área de interesse de Toma. “Tenho vasta produção sobre nanotecnologia e química bioinorgânica voltada ao público geral. São centenas de depoimentos e reportagens para jornais e revistas e 18 livros”, conta. “Pena que os trabalhos de divulgação não sejam devidamente valorizados na academia.”
O pesquisador é casado com a ginecologista Cristiana e tem dois filhos, o também médico Henry, 36, e o biólogo Gustavo, 26. No ano passado, Toma tornou-se professor emérito do IQ-USP.
Como a química entrou na sua vida?
Minha história e vivência na química é antiga e se aproxima dos 60 anos. Venho de uma família de classe média e lembro que meu pai precisava sustentar nove pessoas, incluindo cinco filhos, a esposa e meus avós. Em 1962, eles decidiram se mudar de Rio Claro [SP] para São Paulo, buscando um futuro melhor para os filhos, já em idade de cursar a universidade. Na capital, meus irmãos conseguiram emprego rapidamente e segui o exemplo deles, embora tivesse apenas 13 anos. Minha primeira tentativa foi trabalhar como office boy em uma empresa têxtil. Logo viram que eu tinha habilidades extras. Dominava a técnica de soroban, em um tempo que não havia calculadoras elétricas ou eletrônicas. Fui realocado no setor de crédito e cobranças. O soroban, uma espécie de ábaco, superava com folga as calculadoras mecânicas, barulhentas, da época. Passei minha adolescência trabalhando de dia e estudando à noite, no Colégio Estadual de São Paulo, a melhor escola da cidade. Naquela época, meados dos anos 1960, pairavam no ar as promessas de instalação da indústria petroquímica no país. A química era vista como uma área promissora, mas só havia um curso superior, oferecido pela USP. Fiz o vestibular e obtive a primeira colocação. Abracei a química com convicção.
Como iniciou sua carreira profissional?
Minha vida acadêmica começou em 1972, quando fui contratado como professor assistente no IQ-USP. Na época, cursava o doutorado no Programa NAS/CNPq [Programa Nacional de Assistência às Universidades do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico], um marco na ciência brasileira. Concebido pela Academia de Ciências dos Estados Unidos e pelo CNPq, representou uma quebra de paradigma na pós-graduação no Brasil.
Por quê?
Seu foco central era a internacionalização e envolvia a participação direta de renomados pesquisadores estrangeiros, principalmente norte-americanos, trabalhando em conjunto com professores brasileiros na USP e na UFRJ [Universidade Federal do Rio de Janeiro]. Buscava-se, dessa forma, criar um ambiente para a pesquisa em que, além do contato com os docentes estrangeiros, era possível a importação rápida de reagentes e equipamentos – tudo custeado pelo programa. Também vieram equipamentos técnicos avançados, que me ajudaram na pós-graduação. Quando fui contratado pela USP, meu primeiro orientador, John Malin, após três anos no Brasil, estava retornando aos Estados Unidos em busca de uma colocação acadêmica. Assim, após 1972, passei a ser orientado pelo professor Henry Taube [1915-2005], da Universidade Stanford, que se desdobrou para oferecer o suporte necessário, realizando viagens periódicas ao Brasil para acompanhar e estimular o desenvolvimento do grupo. Nossos primeiros trabalhos, publicados naquele mesmo ano, tiveram grande impacto, ficando entre os 50 mais citados na literatura da área. O Programa NAS/CNPq provou que é possível produzir ciência de qualidade no país, desde que se forneça o devido apoio aos pesquisadores e às instituições.
Em que área da química se especializou?
Após o doutorado, com 25 anos, passei a ser responsável pelo grupo de pesquisa no Instituto de Química, tornando-me orientador e professor na pós-graduação. Minha especialidade eram mecanismos de reações inorgânicas, área que consagrou Taube com o Prêmio Nobel de Química de 1983. Em 1976, com meu doutorado concluído, Taube me encaminhou para um estágio no Laboratório Nacional de Brookhaven, em Nova York. Fui trabalhar com técnicas de fotólise relâmpago e fotoquímica. Três anos depois, parti para um segundo estágio de pós-doutorado no Instituto de Tecnologia da Califórnia [Caltech] na área de química bioinorgânica, ramo que estuda o papel de elementos inorgânicos, como ferro e cobre, em sistemas biológicos. Minha pesquisa focou na transferência eletrônica biológica e visava entender os mecanismos de ação das enzimas na cadeia respiratória e na fotossíntese.
Como foi a volta ao Brasil?
Ao retornar ao país em 1980, trazia uma nova visão da ciência, incorporando a química bioinorgânica. Aprendi que a vida necessita de pelo menos 25 elementos químicos, dos quais 19 são tipicamente inorgânicos, ou seja, a maioria. Curiosamente, ninguém olha a vida pelo lado inorgânico, quando na realidade é o mais rico por lidar com todas as transformações que ocorrem nas células, como a cadeia respiratória e a fotossíntese. Embalado por esse sonho, passei a divulgar a química bioinorgânica no Brasil. A convite da OEA [Organização dos Estados Americanos], escrevi um livro de divulgação sobre química bioinorgânica. Essa publicação, de 1984, foi pioneira na América Latina.
O Programa NAS/CNPq provou que se pode produzir ciência de qualidade, desde que se forneça o devido apoio
Na USP, continuou as pesquisas nessa área?
Sim, mas não dispunha mais da infraestrutura para a extração e purificação de metaloenzimas que tinha no Caltech. Para prosseguir nesse campo, passei a investir na mimetização de biomoléculas por via sintética, focalizando os sítios ativos das enzimas. Passei a desenvolver técnicas de montagem molecular para gerar superestruturas funcionais, inspiradas nas enzimas. Isso lembrava um pouco os trabalhos com Lego, pois estava juntando as peças – ou moléculas – de forma criativa para chegar aonde desejava. Quando já estávamos avançados nas pesquisas, foi anunciado o Prêmio Nobel do químico francês Jean-Marie Lehn, em 1987. Ele perseguia as mesmas abordagens que nós. Foi Lehn quem denominou essa área de química supramolecular – ou química além da molécula. Nessa década, nossos trabalhos sobre transferência eletrônica biológica e porfirinas supramoleculares tiveram bastante impacto, e me levaram a receber os prêmios Rheinboldt-Hauptmann, em 1987, e o de Química da TWAS [Academia Mundial de Ciências], em 1996. Também fui aceito como fellow da John Simon Guggenheim Memorial Foundation, nos Estados Unidos, em 1999.
Qual a importância da química supramolecular?
É o melhor caminho para chegar às moléculas inteligentes, como as que impulsionam a vida. Na biologia, ao contrário da química, as moléculas não atuam por meio de colisões caóticas. Elas estão inseridas em estruturas complexas organizadas, como as proteínas, nas quais podem interagir com múltiplos componentes, possibilitando o exercício de atividades complexas como reconhecimento molecular, aproveitamento de energia, sinalização, comunicação e amplificação. A química supramolecular já foi associada às máquinas moleculares por Fraser Stoddard [1942-2024], Bernard Feringa e Jean-Pierre Sauvage, laureados com o Nobel de 2016. Máquinas moleculares realmente existem e são elas que tornam possível a vida. Elas também alimentaram o sonho do engenheiro norte-americano Eric Drexler, autor da proposta de criação de máquinas moleculares capazes de construir tudo o que existe no mundo. Foi Drexler quem vislumbrou um novo mundo: o mundo nanométrico, movido pela nanotecnologia.
Pode explicar melhor a relação entre química supramolecular e nanotecnologia?
Inspirada nas ideias de Drexler, a química supramolecular tornou-se passaporte para a nanotecnologia molecular, ou seja, para uma tecnologia capaz de operar na escala nanométrica, de um bilionésimo do metro. Essa é a dimensão dos átomos e moléculas. Desde 1981, os físicos Gerd Binnig e Heinrich Rohrer [1933-2013], da IBM, mostraram que é possível visualizar e lidar com objetos nanométricos, como átomos e moléculas, por meio dos microscópios de força atômica e de tunelamento. Foi o primeiro passo para o desenvolvimento da nanotecnologia. No Brasil, em 2004, o [então] Ministério da Ciência e Tecnologia financiou uma missão de visita a centros de nanotecnologia na Europa, coordenada pelo físico Cylon Gonçalves da Silva, da qual participei. No retorno, escrevi um longo relato, deixando sugestões para a implementação de programas nacionais de nanotecnologia. A pedido do ministério, também escrevi um livro de divulgação intitulado O mundo nanométrico: A dimensão do novo século [Editora Oficina dos Textos]. Esse livro ajudou na aproximação das comunidades acadêmica e empresarial da nanotecnologia.
O que o atraiu na nanotecnologia?
O envolvimento com a nanotecnologia fez com que me interessasse pelas nanopartículas, pois representam os nanomateriais genuínos que têm chamado a atenção de todo o mundo. As nanoestruturas de carbono, como fulereno, grafeno e quantum dots, conduziram a três prêmios Nobel. São avanços que têm impactado a tecnologia moderna, principalmente a eletrônica. Mas isso é apenas a ponta do iceberg, pois, além das propriedades eletrônicas, as nanopartículas podem apresentar propriedades multivariadas, como superparamagnetismo, plasmônica e fotônica, sem falar no comportamento químico extremamente rico para exploração em catálise. Entretanto, o que mais me tem motivado é a possibilidade de acoplar moléculas à sua superfície, permitindo explorar uma nova química em um ambiente conjugado às nanopartículas. Esse é o meu interesse principal no momento. Nessa nova abordagem, a nanopartícula passa a atuar como centro de organização, conjugando moléculas ou biomoléculas, abrindo a possibilidade de exploração das interações entre elas. Tenho dito sempre que as moléculas podem tornar as nanopartículas inteligentes, repetindo o mesmo refrão usado na química supramolecular. Por isso, passei a adotar o jargão nanotecnologia supramolecular.
Do que exatamente se trata?
A nanotecnologia supramolecular relaciona-se à criação de nanopartículas inteligentes, dotadas de novas funcionalidades químicas ou físicas, por meio de moléculas específicas colocadas em sua superfície. Há um tipo especial de nanopartículas, chamadas plasmônicas, que ocorrem com metais do tipo cobre, prata e ouro. Nelas, os elétrons oscilam sob a ação das radiações eletromagnéticas, dando origem às ondas plasmônicas, ou plásmons de superfície. Para entender o que é isso, veja o que acontece quando duas uvas são colocadas em contato num micro-ondas. As ondas eletromagnéticas geradas no aparelho produzem campos intensos que provocam descargas elétricas na região de contato. O mesmo acontece quando os elétrons nas nanopartículas são submetidos a um feixe de luz visível. O campo elétrico gerado na confluência de duas nanopartículas é chamado de hot spot e apresenta intensidades aumentadas. Dessa forma, as moléculas próximas a essa região sofrem o efeito desse campo, espalhando fortemente os fótons que incidem sobre elas. Esse espalhamento intenso de luz é conhecido como espalhamento Raman intensificado pelos plásmons de superfície [SERS]. Ele permite efetuar com extrema sensibilidade a análise química das moléculas na superfície de um material. Por isso, as nanopartículas plasmônicas estão sendo usadas como sensores SERS ou espalhadores de luz em dispositivos fotônicos.
Léo Ramos Chaves / Revista Pesquisa FAPESPDetalhe da tabela periódica criada por Toma e exposta no IQ-USPLéo Ramos Chaves / Revista Pesquisa FAPESP
Há outras nanopartículas inteligentes?
Sim, as superparamagnéticas, geralmente formadas por óxidos de ferro, como a magnetita. Elas despertam interesse por serem fortemente atraídas pelos ímãs. Incorporando moléculas ou biomoléculas na superfície, essa partícula pode realizar o transporte magnético, conduzindo-as ao local de interesse. Se a molécula for um fármaco, a partícula poderá ser usada para dirigir o medicamento até o local ou órgão de interesse, realizando seu confinamento por meio de um ímã, de forma a concentrar a ação medicinal. Da mesma forma, podemos colocar enzimas nas nanopartículas magnéticas para realizar biocatálise, com possibilidade de recuperar as enzimas utilizadas no processo, pela aplicação de um ímã, para posterior reúso. Como as enzimas representam a parte mais dispendiosa do processo, as vantagens da reciclabilidade são imensas. Temos trabalhado ativamente nessa área. Existe grande interesse por um tipo especial de molécula, chamado complexante, que é capaz de interagir com elementos metálicos, permitindo realizar sua extração no meio fluido. Esse processo pode ser usado na separação dos elementos químicos e em seu processamento para obter o metal puro. Ele é chamado nano-hidrometalurgia magnética, técnica criada pelo nosso grupo para atuar na mineração e metalurgia.
Quais as aplicações da nano-hidrometalurgia magnética?
Ela parte dos mesmos princípios usados na hidrometalurgia clássica, extraindo e processando os elementos metálicos por meio de agentes complexantes [substâncias químicas que formam complexos com íons, reduzindo sua atividade e aumentando a estabilidade de uma solução]. Porém a diferença é que esses agentes ficam ancorados nas nanopartículas magnéticas, possibilitando sua fácil separação do meio fluido por meio de ímãs. Com isso, o processamento químico é simplificado e a separação clássica pode ser dispensada, tornando o processo mais limpo e ambientalmente correto. Os elementos metálicos capturados pelas nanopartículas podem ser liberados ao controlar a acidez do meio, permitindo sua separação química. Nesse processo, as nanopartículas magnéticas são regeneradas e podem retornar ao processo, estabelecendo um ciclo, considerado ideal em termos de sustentabilidade.
É, portanto, um processo verde.
Sim, ela tem vários atributos verde, pois atua em meio aquoso, em condições ambiente, sem o uso de solventes orgânicos e permite a reciclagem e reúso das nanopartículas complexantes. Além disso, possibilita o confinamento magnético das nanopartículas sobre a superfície de eletrodos para fazer a deposição eletrolítica dos metais até a forma elementar, representando uma economia de etapas, e minimiza ou simplifica as etapas de processamento usando praticamente o mesmo reator químico ao longo de todo o percurso. Por fim, dispensa o processamento químico exaustivo tradicional com solventes e resinas, empregado na hidrometalurgia clássica, que, além de poluente, demanda recursos e equipamentos de alto custo e manutenção.
O método já é usado em escala industrial?
Eis um ponto importante. Como na maioria das inovações tecnológicas, o processo começa na escala de laboratório. Nesse sentido, a viabilidade da nano-hidrometalurgia magnética já foi demonstrada por numerosos trabalhos publicados em revistas e teses de doutorado. A etapa seguinte seria a operação em escala-piloto, o que requer quantidades maiores de reagentes e instalações adequadas, além de investimento. Não é uma etapa trivial e foge dos atributos típicos de uma instituição de ciência básica, como o Instituto de Química. Mesmo assim, já foram firmados convênios com empresas visando à síntese industrial de nanopartículas magnéticas de alta qualidade, em larga escala.
A separação dos minerais terras-raras usando nano-hidrometalurgia magnética já está demonstrada
Quais os resultados alcançados com esse convênio?
Dois doutorandos foram contratados por uma empresa, a Metal-Chek, de São Paulo, porém com interesse voltado ao uso de nanopartículas magnéticas na detecção de fraturas em metais ferrosos. Eles desenvolveram um processo eficiente de produção industrial de nanopartículas magnéticas, capaz de produzir centenas de quilos, com baixo custo e excelente qualidade. A etapa seguinte seria a geração das nanopartículas complexantes em larga escala, mas isso não era do interesse da empresa. Enquanto isso, os trabalhos de melhoramento das nanopartículas complexantes continuam sendo conduzidos em nosso laboratório. A implementação de uma nova tecnologia na extração e separação mineral, como a nano-hidrometalurgia magnética, deve levar em conta que, nesse setor, as instalações são de grande porte e que a transição dos processos já em operação para uma nova alternativa não pode ser feita de uma hora para outra, sem levar em conta as questões econômicas e os interesses envolvidos. Porém torna-se necessário investir em projetos de longo prazo para desenvolver tecnologias alternativas, até chegar o momento em que elas se tornam viáveis.
O método poderia ser usado no processamento das terras-raras?
Em escala de laboratório, onde o projeto foi concebido, a separação das terras-raras usando nano-hidrometalurgia magnética já está demonstrada e documentada em trabalhos publicados. Mesmo assim, não considero um assunto fechado, pois o objetivo das pesquisas é sempre buscar novos avanços e melhorias, como já está acontecendo. Assim, continuamos pesquisando novas partículas com agentes complexantes, voltadas para a separação das terras-raras, principalmente as presentes em argilas iônicas, que estão sendo descobertas no Brasil. Temos mais de 50 anos de experiência com elementos metálicos, além de capacidade de atuar na área de nanotecnologia, para tornar a nano-hidrometalurgia magnética possível.
Como é seu trabalho de divulgação científica?
Minha atividade nesse campo me acompanha desde o início de minha vida acadêmica, por meio de centenas de depoimentos e reportagens que tenho feito para jornais e revistas. É uma pena que os trabalhos de divulgação não sejam devidamente valorizados na academia. Também tenho atuado na história da ciência, focalizando principalmente biografias de cientistas relacionados com minhas atividades ou formação, e me enveredei pelo campo filosófico, como em um artigo publicado na Revista USP sobre o sentido do tempo na química. Tenho uma vasta produção sobre nanotecnologia e química bioinorgânica voltada ao público em geral. Talvez por causa do meu envolvimento na divulgação tornei-me tradutor associado à Editora Blucher até os anos 1990, com mais de uma dezena de textos didáticos de química e tecnologia. Depois desse percurso, o editor Edgard Blucher me convenceu a escrever os meus próprios livros. Foi assim que me tornei escritor, com 18 livros publicados.
Apesar de ter mais de 30 patentes, não sou adepto disso. Elas são muito onerosas e nunca dão o retorno esperado
O senhor também é um dos campeões de patentes da USP.
Apesar de ter mais de 30 patentes, não sou adepto disso. A produção de patentes é cobrada pelas agências de financiamento à pesquisa e, por isso, tenho procurado atender a esse quesito na medida do possível. Contudo, as patentes são muito onerosas e, embora possam dar algum prestígio para os inventores, quase nunca dão o retorno esperado, pois as empresas sabem perfeitamente como contorná-las introduzindo pequenas mudanças e ajustes. Nosso projeto de nano-hidrometalurgia magnética, por exemplo, já está patenteado, mas oferece tantas combinações que sempre haverá uma empresa alegando tratar-se de algo diferente. Considero a patente ideal aquela que já envolve uma empresa interessada, que, além de arcar com os custos, fornece inclusive suporte internacional e interesse na sua implementação.
Alguém da família enveredou pelo campo da química?
Sou casado há 38 anos com a Cristiana Sato Toma, médica ginecologista. Meu filho mais velho, Henry, de 36 anos, é cardiologista. O mais jovem, Gustavo, 26, é biólogo e está concluindo o doutorado em genética. O mais velho recebeu seu nome em homenagem ao professor Henry Taube. Mas minha estratégia não colou. Ele preferiu seguir o exemplo da mãe e ir para a medicina. O mais jovem optou pela carreira científica e está fazendo bons progressos.
O que faz nas horas vagas?
Mudei completamente a minha maneira de ser depois que conheci o professor Henry Taube, nos anos 1970. Até então, meu foco estava nos estudos e no trabalho. Lembro-me perfeitamente das horas que Taube passava examinando algum mineral exposto nas feiras semanais da praça da República, na capital paulista, ou os vidros e objetos antigos expostos na feira de antiguidades do Masp [Museu de Arte de São Paulo]. Ele enxergava coisas que eu não via, imaginando as interações eletrônicas que davam origem à cor das pedras preciosas, analisando o estilo, a procedência e a idade dos objetos antigos, ou a cor e os indícios que revelavam qual tipo de pigmento e de técnica eram usados nas pinturas. Um dia, me disse: “Você só conseguirá apreciar o que está vendo quando entender o que significa. Isso precisa do conhecimento. Sem isso, você jamais irá apreciar de verdade o que enxerga, até a própria natureza, arte e as belezas do mundo”. Depois disso, abri minha mente para o mundo e passei a me interessar por quase tudo, desde filosofia, natureza, arte, história e música. Já estudei um pouco de violão clássico e agora estou estudando piano, como autodidata. Mas sou péssimo nisso. É questão de vocação. Tenho viajado bastante, e a busca por novos conhecimentos e culturas tem sido importante em minha vida.
O que ainda gostaria de realizar como pesquisador?
Tenho 58 anos de magistério, sendo 54 anos na USP. Nesse período, publiquei 470 artigos, orientei 80 teses e dissertações e devo ter proferido mais de 500 palestras. Obtive mais reconhecimento do que mereço. Mesmo depois da aposentadoria compulsória, continuo ativo desfrutando diariamente do trabalho e do ensino, depois de praticar tai chi em casa e caminhar por uma hora no campus da Cidade Universitária. Hoje me sinto mais produtivo, sem os contratempos da vida acadêmica, só movido pelo espírito científico. Deixo fluir minha liberdade de criação. Continuo proferindo palestras em congressos nacionais e no exterior. Sou professor sênior da USP e recentemente recebi o honroso título de professor emérito do IQ, o que me deixou muito feliz.
A entrevista acima foi publicada com o título “Henrique Toma: O químico nanotecnológico” na edição impressa nº 364, de junho de 2026.
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