Pela primeira vez, os pesquisadores usaram impressoras 3D e uma nova técnica de bioimpressão para imprimir algas em materiais fotossintéticos resistentes e resistentes.
Uma mini camiseta demonstra os materiais vivos fotossintéticos criados com impressoras 3D e uma nova técnica de bioink. (Crédito: U. Rochester)
Como os pesquisadores relataram na revista Advanced Functional Materials , o material tem uma variedade de aplicações nos setores de energia, medicina e moda.
Os materiais vivos, que são produzidos por células biológicas alojadas em uma matriz não viva, ganharam popularidade nos últimos anos, à medida que os cientistas reconhecem que os materiais mais robustos costumam ser aqueles que imitam a natureza.
“A impressão tridimensional demonstrou ser uma tecnologia eficaz para a fabricação de materiais vivos que trazem muitos benefícios ambientais e outros”, diz Anne S. Meyer, professora associada de biologia da Universidade de Rochester.
“Nossos materiais fotossintéticos vivos são um grande passo à frente para o campo, pois são o primeiro exemplo de um material fotossintético projetado que é fisicamente robusto o suficiente para ser implantado em aplicações do mundo real”, diz Meyer.
O trabalho para desenvolver um material de base biológica é o último de uma série de esforços de pesquisa liderados pelo laboratório de Meyer. Meyer e sua equipe de pesquisa usaram bactérias para desenvolver materiais industrialmente importantes como nácar artificial e grafeno.
O MATERIAL SE 'ALIMENTA' POR SEMANAS
Para criar os materiais fotossintéticos, os pesquisadores começaram com uma celulose bacteriana não viva - um composto orgânico que as bactérias produzem e excretam. A celulose bacteriana tem muitas propriedades mecânicas importantes, incluindo flexibilidade, tenacidade, resistência e capacidade de reter sua forma, mesmo quando torcida, esmagada ou fisicamente distorcida.
A celulose bacteriana é como o papel de uma impressora, enquanto microalgas vivas atuam como a tinta. Meyer e seus colegas usaram uma impressora 3D para depositar algas vivas na celulose bacteriana.
A combinação de componentes vivos (microalgas) e não vivos (celulose bacteriana) resultou em um material único que possui a qualidade fotossintética das algas e a robustez da celulose bacteriana. O material é resistente e resiliente, além de ecologicamente correto, biodegradável e simples e escalonável de produzir.
A natureza vegetal do material significa que ele pode usar a fotossíntese para se "alimentar" por períodos de muitas semanas, e também pode ser regenerado - uma pequena amostra do material pode ser cultivada no local para fazer mais materiais.
ALGAS INOVADORAS
As características do material tornam-no um candidato ideal para uma variedade de aplicações, incluindo novos produtos como folhas artificiais, peles fotossintéticas ou bio-vestimentas fotossintéticas.
As folhas artificiais são materiais que imitam as folhas reais, pois usam a luz do sol para converter água e dióxido de carbono - um dos principais impulsionadores da mudança climática - em oxigênio e energia, bem como as folhas durante a fotossíntese. As folhas armazenam energia na forma química como açúcares, que podem então ser convertidos em combustíveis.
As folhas artificiais, portanto, oferecem uma maneira de produzir energia sustentável em lugares onde as plantas não crescem bem, incluindo, potencialmente, colônias espaciais. As folhas artificiais que os pesquisadores produziram também são feitas de materiais ecológicos, em contraste com a maioria das tecnologias de folhas artificiais atualmente em produção, que são produzidas com métodos químicos tóxicos.
“Para folhas artificiais, nossos materiais são como pegar as 'melhores partes' das plantas - as folhas - que podem criar energia sustentável, sem a necessidade de usar recursos para produzir partes das plantas - os caules e as raízes - que precisam de recursos, mas não para produzir energia ”, afirma Meyer. “Estamos fazendo um material que tem como foco apenas a produção sustentável de energia.”
Outra aplicação do material seriam as películas fotossintéticas, que poderiam ser utilizadas para enxertos de pele, diz Meyer. “O oxigênio gerado ajudaria a iniciar a cura da área danificada, ou pode ser capaz de realizar a cicatrização de feridas ativadas por luz.”
Além de oferecer energia sustentável e tratamentos médicos, os materiais também podem servir para o mundo da moda. As bio-vestimentas feitas de algas abordariam alguns dos efeitos ambientais negativos da atual indústria têxtil, pois seriam tecidos de alta qualidade, produzidos de forma sustentável e totalmente biodegradáveis. Eles também funcionariam para purificar o ar removendo o dióxido de carbono por meio da fotossíntese e não precisariam ser lavados com tanta frequência quanto as roupas convencionais, reduzindo o uso de água.
“Nossos materiais vivos são empolgantes porque podem se sustentar por períodos de semanas e podem ser multiplicados no local, de modo que têm o potencial de ser verdadeiramente duradouros e podem ser compartilhados em todo o mundo tão facilmente quanto um fermento inicial”, Meyer diz.
Outros co-autores são da Delft University of Technology, na Holanda.
Fonte: University of Rochester / https://www.futurity.org/algae-3d-printing-clothing-2558382/