Cientistas publicaram recentemente um estudo na "Nature Communications" dizendo que uma equipe da Rice University e da University of Houston, nos Estados Unidos, conseguiu o alinhamento direcional das fibras durante a produção de celulose bacteriana por meio de um processo simples e escalonável, produzindo um material de base biológica com alta resistência e versatilidade, considerado promissor para substituir alguns plásticos tradicionais.
A poluição plástica é há muito tempo um problema global. Polímeros sintéticos comuns se decompõem em microplásticos no meio ambiente e liberam produtos químicos nocivos, como bisfenol A (BPA), ftalatos e alguns agentes cancerígenos. Para tanto, a equipe de pesquisa liderada por Mohammad Maqsood Rahman voltou sua atenção para o biopolímero natural-celulose bacteriana, rico em fontes, de alta pureza e biodegradável.
Estudos apontaram que a própria celulose bacteriana é composta por fibras em nanoescala e possui excelente base mecânica. No entanto, devido à direção desordenada das fibras durante o processo natural de crescimento, o desempenho geral não foi totalmente exercido. Além disso, quando outras nanocargas são introduzidas nesta rede tridimensional densa, elas também enfrentam dificuldades de dispersão e penetração, o que limita a expansão das funções do material. Para resolver os problemas acima, a equipe projetou um biorreator rotativo que usa movimento de fluido para guiar a direção do movimento das bactérias produtoras de celulose, de modo que elas sejam “forçadas a se alinhar” durante o processo de crescimento, alcançando assim o crescimento direcional das fibras.
M.A.S.R. Saadi, o primeiro autor do artigo e estudante de doutorado na Rice University, disse que este método equivale a "treinar uma equipe disciplinada de bactérias", permitindo que as bactérias nadadoras originalmente aleatórias se movam em uma direção definida e produzam celulose direcionalmente no processo. Através desta estratégia de biossíntese dinâmica, as folhas de celulose bacteriana orientada produzidas pelos pesquisadores têm uma resistência à tração de aproximadamente 436 MPa, que é comparável em resistência a alguns metais e vidro. Também é flexível, dobrável, transparente e ecológico.
Em experimentos posteriores, a equipe adicionou nanofolhas hexagonais de nitreto de boro diretamente à solução nutritiva da cultura bacteriana, permitindo que fossem incorporadas à rede de celulose in situ durante o processo de síntese. A resistência à tração deste material compósito foi aumentada para um máximo de 553 MPa e seu desempenho térmico também foi significativamente melhorado. A condutividade térmica é cerca de três vezes maior que a da amostra de controle, o que ajuda a dissipar o calor rapidamente. Os pesquisadores enfatizaram que este método proporciona conveniência para a “integração inferior” de múltiplos nano-aditivos durante a fase de geração do material, e pode adaptar propriedades mecânicas, térmicas e outras de acordo com os requisitos da aplicação.
A equipe acredita que esta rota de preparação ascendente e de etapa única tem potencial para expansão industrial. Graças à simplificação do processo e à ampla gama de fontes de materiais, espera-se que seja aplicado nas áreas de embalagens, têxteis, materiais estruturais, gestão térmica, dispositivos eletrônicos verdes e armazenamento de energia no futuro. Rahman destacou que este trabalho demonstra o poder da pesquisa interdisciplinar em ciência dos materiais, biologia e nanoengenharia, com o objetivo final de permitir que esta folha de celulose bacteriana forte, multifuncional e ecológica substitua alguns plásticos em vários cenários e reduza os danos ambientais.
A equipe de pesquisa concluiu que, ao resolver os problemas de longa data de orientação das fibras e difusão de enchimento que atormentam a celulose bacteriana, este processo abre as portas para materiais de engenharia de alto desempenho para este biopolímero natural. Eles acreditam que este material biodegradável e de base biológica com desempenho ajustável fornece um caminho realista para reduzir a dependência dos plásticos tradicionais e também traz uma nova imaginação tecnológica para o controle global da poluição plástica.