Bactrias podem fabricar peas para carros, avies e pontes

Materiais Avanados

Redação do Site Inovação Tecnológica – 30/03/2021

Material vivo

J pensou se as peas de carros, avies e at prdios pudessem crescer sozinhas e, depois de prontas, se regenerar, assim como fazem os sistemas vivos?

Uma equipe da Universidade Sul da Califrnia, nos EUA, acredita estar se aproximando de tornar esta uma possibilidade real.

“Os materiais que estamos fabricando so vivos e crescem por conta prpria. Por sculos, temos ficado maravilhados com as sofisticadas microestruturas dos materiais naturais, especialmente depois que os microscpios foram inventados para observar essas minsculas estruturas,” detalha o professor Qiming Wang. “Agora, demos um importante passo frente: usamos bactrias vivas como uma ferramenta para desenvolver diretamente estruturas incrveis que no podem ser feitas por ns mesmos.”

A equipe de Wang est trabalhando com as bactrias Sporosarcina pasteurii, conhecidas por secretar uma enzima chamada urease. Quando a urease exposta ureia e a ons de clcio, ela produz carbonato de clcio, um composto mineral forte, encontrado em nossos ossos ou dentes.

“A principal inovao em nossa pesquisa,” disse Wang, ” que guiamos as bactrias para que elas cultivassem minerais de carbonato de clcio para gerar microestruturas ordenadas semelhantes s dos compsitos mineralizados naturais.”

Projeto (em cima) e materiais resultantes do cultivo bacteriano.
[Imagem: An Xin et al. – 10.1002/adma.202006946]

Bioengenharia

Um passo essencial da tcnica consiste em combinar as bactrias vivas, gerando materiais compsitos que apresentam propriedades mecnicas superiores s de qualquer material sinttico ou natural disponvel atualmente.

Isso se deve em grande parte estrutura do material, caracterizada por vrias camadas de minerais dispostos em ngulos variados entre si, formando uma espcie de “toro” ou forma helicoidal. Essa estrutura difcil de criar sinteticamente e sua melhor imitao atual o compensado, em que madeiras frgeis e comuns so postas em camadas cruzadas a 90 para se obter uma resistncia e estabilidade impossveis de se obter com a madeira original.

Para construir um material com camadas rotacionadas entre si em mltiplos ngulos, os pesquisadores usaram impresso 3D para criar uma estrutura de trelia ou andaime. Essa estrutura tem quadrados vazios em seu interior, e as camadas de trelia so colocadas em vrios ngulos para criar uma espcie de molde com a forma helicoidal.

As bactrias so ento introduzidas nessa estrutura, agarrando-se naturalmente s reentrncias do material. L, elas comeam a secretar urease, a enzima que desencadeia a formao de cristais de carbonato de clcio. Os cristais crescem da superfcie para cima, eventualmente preenchendo os pequenos quadrados vazios na estrutura. Como as bactrias gostam de superfcies porosas, elas acabam criando diferentes padres com os minerais.

“Ns fabricamos algo muito rgido e forte,” disse Wang. “As implicaes imediatas so para uso em infraestruturas como painis aeroespaciais e estruturas de veculos.”

As bactrias podem ser postas para trabalhar em diversas estruturas geomtricas.
[Imagem: An Xin et al. – 10.1002/adma.202006946]

Bactrias operrias

Alm das qualidades intrnsecas do material, um adicional interessante est na possibilidade de reintroduzir as bactrias para que elas faam reparos quando as peas forem danificadas.

“Uma viso interessante que esses materiais vivos ainda possuem propriedades de crescimento prprio,” disse Wang. “Quando houver danos a esses materiais, podemos introduzir bactrias para fazer crescer os materiais de volta. Por exemplo, se os usarmos em uma ponte, podemos reparar os danos quando necessrio.”

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