Criados blocos de construção 3D que se consertam sozinhos

Pesquisa britânica pode levar à criação de materiais do mundo real que detectam e reparam seus próprios danos, como fendas na fuselagem de um avião ou buracos em estradas

A nova tecnologia pode fazer com que os buracos nas estradas sejam coisa do passado. Crédito: Pikrepo

Pesquisadores do Imperial College London (Reino Unido) criaram blocos de construção 3D que podem se reparar em resposta a danos. Os materiais vivos projetados (ELMs, na sigla em inglês) exploram a capacidade da biologia de curar e reabastecer o material e podem responder a danos em ambientes hostis usando um sistema de detecção e resposta. O trabalho foi apresentado na revista Nature Communications.

O estudo pode levar à criação de materiais do mundo real que detectam e curam seus próprios danos, como uma rachadura no para-brisa, um rasgo na fuselagem de uma aeronave ou um buraco na estrada. Ao integrarem os blocos de construção em materiais autocuráveis, os cientistas podem reduzir a quantidade de manutenção necessária e estender a vida útil e a utilidade de um material.

“No passado criamos materiais vivos com sensores embutidos que podem detectar sinais e mudanças ambientais. Agora criamos materiais vivos que podem detectar danos e responder a eles curando-se”, comentou o professor Tom Ellis, do Departamento de Bioengenharia do Imperial College London, autor principal do estudo.

Os pesquisadores constataram um reparo excelente que era estruturalmente estável e restaurou a consistência e a aparência do material. Crédito: Imperial College London
Bactérias geneticamente modificadas

Da mesma forma que a arquitetura usa peças modulares que podem ser montadas em uma variedade de estruturas de edifícios, esta pesquisa demonstra que o mesmo princípio pode ser aplicado ao projeto e construção de materiais à base de celulose bacteriana.

Com o objetivo de criar ELMs, os pesquisadores criaram bactérias geneticamente modificadas chamadas Komagataeibacter rhaeticus para que produzissem culturas de células em forma de esfera 3D fluorescentes, conhecidas como esferoides, e para fornecer a elas sensores que detectam danos. Elas organizaram os esferoides em diferentes formas e padrões, demonstrando o potencial dessas células como blocos de construção modulares.

Eles usaram um furador para danificar uma espessa camada de celulose bacteriana – o material semelhante a um andaime feito por algumas bactérias em que ELMs são produzidos. Eles então inseriram os esferoides recém-cultivados nos orifícios e, após incubá-los por três dias, viram um excelente reparo que era estruturalmente estável e restaurou a consistência e a aparência do material.

Padrões e formas 3D feitas de esferoides. Crédito: Imperial College London
Nova abordagem

Ellis disse que “colocando os esferoides na área danificada e incubando as culturas, os blocos foram capazes de sentir o dano e regenerar o material para repará-lo”.

O primeiro autor do estudo, dr. Joaquin Caro-Astorga, do Departamento de Bioengenharia do Imperial College London, disse que sua “descoberta abre uma nova abordagem em que os materiais cultivados podem ser usados ​​como módulos com diferentes funções, como na construção”.

“Atualmente, estamos trabalhando para hospedar outros organismos vivos dentro dos esferoides que podem conviver com as bactérias produtoras de celulose”, ele comentou. “Os possíveis materiais vivos que podem vir disso são diversos: por exemplo, com células de levedura que secretam proteínas com medicamente relevantes, poderíamos gerar filmes de cicatrização de feridas em que hormônios e enzimas são produzidos por um curativo para melhorar o reparo da pele.”

Pensar por si mesmo

O crescimento da popularidade da celulose bacteriana por suas excelentes propriedades é a resposta ao desafio mundial de encontrar novos materiais com comportamentos funcionais mais adequados.

Segundo o dr. Patrick Rose, diretor de ciência do US Office of Naval Research Global London, que financiou parcialmente a pesquisa, “o desafio é imitar e combinar os recursos distintos que a biologia tem a oferecer. Não estamos apenas tentando emular esses sistemas, mas projetar biologia para ter recursos adicionais que sejam mais adequados às necessidades que buscamos sem intervenção direta. Em última análise, queremos aumentar a vida útil de um produto, evitar falhas de sistemas antes que o problema seja visível a olho nu e fazer o material pensar por si mesmo”.

A próxima etapa desse grupo de pesquisadores é desenvolver novos blocos de construção esferoidais com diferentes propriedades, como combiná-los com materiais como algodão, grafite e gelatinas para criar desenhos mais complexos. Isso pode levar a novas aplicações, como filtros biológicos, componentes eletrônicos implantáveis ​​ou biossensores médicos.

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