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ASSIM COMO É NA NATUREZA: CIENTISTAS DESENVOLVEM MATERIAIS QUE “MORREM E SE DEGRADAM”

CIENTISTAS DESENVOLVEM MATERIAIS QUE "MORREM E SE DEGRADAM"

A natureza não possui lixões, tudo se degrada naturalmente com o passar do tempo, e em um tempo geralmente curto. Em contraposição, os materiais fabricados pelo homem tendem a durar o suficiente para se amontoarem e interferirem com a natureza. 

Os materiais que se agrupam e, em seguida, simplesmente desaparecem no final de sua vida são bastante comuns na natureza. Pesquisadores da Universidade Técnica de Munique (TUM) desenvolveram materiais supramoleculares com sucesso. Esses materiais se desintegram em um tempo predeterminado – uma característica que poderia ser usada em inúmeras aplicações.

Garrafas de plástico, latas vazias, brinquedos antigos, camisetas rasgadas e celulares inutilizados – dia a dia, a humanidade produz milhões de toneladas de resíduos. Como podemos impedir o nosso planeta de sufocar no lixo?

Até hoje, a reciclagem é o método de escolha. Mas é caro:

“Até agora, a maioria das substâncias artificiais são quimicamente muito estáveis: para decompô-las novamente em seus componentes é preciso gastar muita energia”, explica Job Boekhoven, professor de Química Supramolecular no TUM.

Inspirado por processos biológicos, o químico está buscando outro caminho.

“A natureza não produz despejos de lixo. Em vez disso, as células biológicas estão constantemente sintetizando novas moléculas de recicladas. Algumas dessas moléculas se reúnem em estruturas maiores, chamados conjuntos supramoleculares que formam os componentes estruturais da célula. Esse conjunto dinâmico nos inspirou a desenvolver materiais que se descarguem quando não são mais necessários”, afirma Boekhoven.

Natureza como modelo

Uma das principais diferenças entre as substâncias artificiais e a maioria dos materiais biológicos vivos é a gestão de energia: os materiais feitos pelo homem estão em equilíbrio com o meio ambiente. Isso significa que eles não trocam moléculas e energia, permanecendo assim como elas são.

A natureza funciona de acordo com outro princípio: materiais biológicos vivos, como por exemplo, pele, osso e células, não estão em equilíbrio com o meio ambiente. Uma entrada constante de energia e blocos de construção é necessária para a construção, manutenção e reparo.

“Um exemplo típico de uma fonte de energia é o trifosfato de adenosina (ATP) que é curto. Enquanto estiver disponível energia suficiente, componentes danificados e células inteiras podem ser divididas e substituídas por novas, caso contrário o organismo morre e se desintegra em seus blocos de construção básicos”, explica Boekhoven.

No final, há apenas “Poeira Molecular”

Os novos materiais que Boekhoven explorou com uma equipe interdisciplinar de químicos, físicos e engenheiros da TUM baseiam-se no modelo natural: os blocos de construção molecular são inicialmente livremente móveis, mas se a energia for adicionada sob a forma de moléculas de alta energia, estruturas supramoleculares formam.

Estes se desintegram de forma autônoma quando a energia está esgotada. Assim, a vida útil pode ser predefinida pela quantidade de “combustível” adicionada. No laboratório, os materiais podem ser configurados para se degradar de forma autônoma após vários minutos até várias horas. Além disso, após um ciclo, o material degradado pode ser reutilizado ou simplesmente adicionando em outro lote de moléculas de alta energia.

Do laboratório à prática

Os cientistas projetaram diferentes anidridos que se juntam em coloides, hidrogéis ou tintas supramoleculares. Nestes materiais, uma rede de reação química converte os dicarboxilatos em anidridos metaestáveis ​​conduzidos pelo consumo irreversível de carbodiamida como “combustível”. Devido ao seu caráter metaestável, os anidridos hidrolisam seus dicarboxilatos originais com meias-vidas na faixa de segundos a vários minutos.

A equipe fabricou tintas com tempo de vida – elas se apagam quando sua vida termina, mas podem voltar a mostrar sua mensagem se receberem mais alimento. [Imagem Marta Tena-Solsona et al. – 10.1038ncomms15895]
Como as moléculas formam estruturas muito diferentes, dependendo da sua composição química, surgem numerosas possibilidades de aplicação. Os coloides esféricos, por exemplo, podem ser carregados com moléculas insolúveis em água – estes podem ser usados ​​para transportar drogas contra o câncer diretamente na célula tumoral. No final de sua missão, os coloides se dissolveriam de forma autônoma, liberando assim as drogas localmente.

Outros blocos de construção se reúnem em estruturas fibrosas longas que transformam fluidos em géis que podem ser usadas para estabilizar o tecido recém-transplantado por um tempo predefinido, após o qual o corpo assumirá essa função. E, tintas com durabilidade precisamente definida podem ser produzidas a partir de moléculas que se juntam em conjuntos.

Fim do lixo? Será possível construir máquinas supramoleculares ou telefones celulares que simplesmente desaparecerão quando não forem mais necessários?

“Isso não é impossível, mas ainda há um longo caminho a percorrer. Agora, estamos trabalhando no básico”, ressalta Boekhoven.

A  pesquisa foi publicada na Nature Communications, neste link.




Meio Info/TUM – Technical University of Munich/Inovação Tecnológica


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