Este novo bioplástico pode ser o material do futuro
Cientistas da Universidade Rice e da Universidade de Houston desenvolveram uma abordagem inovadora e escalável para transformar celulose bacteriana em materiais multifuncionais de alta resistência. O estudo, publicado na Nature Communications, apresenta uma técnica de biossíntese dinâmica que alinha fibras de celulose bacteriana em tempo real, resultando em folhas de biopolímero robustas com propriedades mecânicas excecionais.
A poluição por plástico persiste porque os polímeros sintéticos tradicionais se degradam em microplásticos, liberando produtos químicos nocivos como bisfenol A (BPA), ftalatos e carcinógenos. Em busca de alternativas sustentáveis, a equipa de investigação liderada por Muhammad Maksud Rahman, professor assistente de engenharia mecânica e aeroespacial na Universidade de Houston e professor assistente adjunto de ciência dos materiais e nanoengenharia na Rice, aproveitou a celulose bacteriana — um dos biopolímeros mais abundantes e puros da Terra — como alternativa biodegradável.
“A nossa abordagem envolveu o desenvolvimento de um biorreator rotativo que direciona o movimento das bactérias produtoras de celulose, alinhando o seu movimento durante o crescimento”, revela M.A.S.R. Saadi, primeiro autor do estudo e estudante de doutorado em ciência dos materiais e nanoengenharia na Rice. “Este alinhamento melhora significativamente as propriedades mecânicas da celulose microbiana, criando um material tão forte quanto alguns metais e vidros, mas flexível, dobrável, transparente e ecológico”, acrescenta.
As fibras de celulose bacteriana geralmente formam-se aleatoriamente, o que limita a sua resistência mecânica e funcionalidade. Ao aproveitar a dinâmica de fluidos controlada dentro do seu novo biorreator, os investigadores conseguiram o alinhamento in situ das nanofibrilas de celulose, criando folhas com resistência à tração que chega a 436 megapascais.
Além disso, a incorporação de nanofolhas de nitreto de boro durante a síntese resultou num material híbrido com resistência ainda maior — cerca de 553 megapascais — e propriedades térmicas melhoradas, demonstrando uma taxa de dissipação de calor três vezes mais rápida do que as amostras de controlo.
“Esta abordagem de biossíntese dinâmica permite a criação de materiais mais resistentes com maior funcionalidade”, diz Saadi. “O método permite a fácil integração de vários aditivos em nanoescala diretamente na celulose bacteriana, tornando possível personalizar as propriedades do material para aplicações específicas”, adianta.
“O processo de síntese é essencialmente como treinar um grupo disciplinado de bactérias”, explica ainda Saadi. “Em vez de deixar as bactérias se moverem aleatoriamente, nós as instruímos a se moverem em uma direção específica, alinhando assim com precisão a sua produção de celulose. Esse movimento disciplinado e a versatilidade da técnica de biossíntese nos permitem projetar simultaneamente o alinhamento e a multifuncionalidade”, revela.
O processo escalável e de etapa única é muito promissor para inúmeras aplicações industriais, incluindo materiais estruturais, soluções de gestão térmica, embalagens, têxteis, eletrónica ecológica e sistemas de armazenamento de energia.
“Este trabalho é um excelente exemplo de investigação interdisciplinar na intersecção entre a ciência dos materiais, a biologia e a nanoengenharia”, acrescenta Rahman. “Prevemos que estas folhas de celulose bacteriana resistentes, multifuncionais e ecológicas se tornem omnipresentes, substituindo os plásticos em várias indústrias e ajudando a mitigar os danos ambientais”, conclui.