"Os organismos vivos conseguem produzir materiais de alto desempenho a partir de seus componentes elementares, que se unem para formar estruturas complexas. Esse processo continua sendo muito difícil de reproduzir pelos seres humanos usando abordagens tradicionais de fabricação de materiais", diz Matthew Harrington, professor de química e autor principal do estudo.
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Em estudos anteriores sobre o tema, os mecanismos de fabricação de materiais naturais foram investigados. Com base nos resultados desses estudos, a equipe agora visa o desenvolvimento em laboratório de materiais compósitos inéditos.
"Nossos trabalhos anteriores focaram em materiais biológicos. Agora estamos trabalhando para criar materiais sintéticos inspirados na biologia", afirma o professor Harrington.
Abordagem da equipe
Para desenvolver esses materiais, a equipe se inspirou nas estruturas adesivas à base de proteínas produzidas pelos mexilhões, por um lado, e nas redes de fibras de celulose das bagas do visco, por outro. Combinando uma proteína de mexilhão produzida em laboratório com nanocristais de celulose modificados derivados de polpa de madeira, a equipe obteve microgotículas.
"Os mexilhões produzem adesivos, fibras e revestimentos a partir de gotículas densas de proteínas, enquanto o visco usa nanocristais de celulose como material de construção rígido em suas fibras firmes e adesivas", explica Hamideh Alanagh, pesquisadora de pós-doutorado e principal coautora do estudo. "Ao combinar esses dois mecanismos, lançamos as bases para uma fabricação sustentável de materiais avançados."
Usando um método simples de liofilização, as gotículas se auto-organizaram em arcabouços porosos alinhados com uma estrutura em camadas em diferentes escalas. Os minúsculos elementos constituintes se organizaram em padrões maiores, semelhantes aos encontrados em tecidos biológicos. "Essas gotículas são precursores simples para fabricar materiais complexos", diz Theo van de Ven, professor de química e autor sênior.
Os arcabouços também podem ser redissolvidos em gotículas e depois remontados para formar novas estruturas, sugerindo um processo de fabricação que permite a reutilização repetida do material. "A reversibilidade do processo de fabricação por gotículas é, por si só, particularmente interessante do ponto de vista da sustentabilidade", destaca Hamideh Alanagh. Além disso, testes de laboratório mostraram que esses materiais não são tóxicos para células humanas, abrindo caminho para possíveis aplicações biomédicas, incluindo engenharia de tecidos.
Amin Ojagh, pesquisador de pós-doutorado e coautor principal do estudo, enfatiza que esse avanço foi possível graças à combinação de conhecimentos sobre materiais marinhos e vegetais.
"Nunca teríamos conseguido criar esses novos materiais sem o conhecimento derivado desses dois sistemas", afirma ele.
"Alguns materiais que usamos no cotidiano, como plásticos, adesivos e compósitos, prejudicam nosso meio ambiente", ressalta o professor Harrington. "Ao nos inspirarmos na natureza, podemos desenvolver métodos de fabricação ecológicos e sustentáveis e produzir materiais com propriedades notáveis."