Material vivo
Já pensou se as peças de carros, aviões e até prédios pudessem crescer sozinhas e, depois de prontas, se regenerar, assim como fazem os sistemas vivos?
Uma equipe da Universidade Sul da Califórnia, nos EUA, acredita estar se aproximando de tornar esta uma possibilidade real.
"Os materiais que estamos fabricando são vivos e crescem por conta própria. Por séculos, temos ficado maravilhados com as sofisticadas microestruturas dos materiais naturais, especialmente depois que os microscópios foram inventados para observar essas minúsculas estruturas," detalha o professor Qiming Wang. "Agora, demos um importante passo à frente: usamos bactérias vivas como uma ferramenta para desenvolver diretamente estruturas incríveis que não podem ser feitas por nós mesmos."
A equipe de Wang está trabalhando com as bactériasSporosarcina pasteurii, conhecidas por secretar uma enzima chamada urease. Quando a urease é exposta à ureia e a íons de cálcio, ela produz carbonato de cálcio, um composto mineral forte, encontrado em nossos ossos ou dentes.
"A principal inovação em nossa pesquisa," disse Wang, "é que guiamos as bactérias para que elas cultivassem minerais de carbonato de cálcio para gerar microestruturas ordenadas semelhantes às dos compósitos 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 técnica consiste em combinar as bactérias vivas, gerando materiais compósitos que apresentam propriedades mecânicas superiores às de qualquer material sintético ou natural disponível atualmente.
Isso se deve em grande parte à estrutura do material, caracterizada por várias camadas de minerais dispostos em ângulos variados entre si, formando uma espécie de "torção" ou forma helicoidal. Essa estrutura é difícil de criar sinteticamente e sua melhor imitação atual é o compensado, em que madeiras frágeis e comuns são postas em camadas cruzadas a 90º para se obter uma resistência e estabilidade impossíveis de se obter com a madeira original.
Para construir um material com camadas rotacionadas entre si em múltiplos ângulos, os pesquisadores usaram impressão 3D para criar uma estrutura de treliça ou andaime. Essa estrutura tem quadrados vazios em seu interior, e as camadas de treliça são colocadas em vários ângulos para criar uma espécie de molde com a forma helicoidal.
As bactérias são então introduzidas nessa estrutura, agarrando-se naturalmente às reentrâncias do material. Lá, elas começam a secretar urease, a enzima que desencadeia a formação de cristais de carbonato de cálcio. Os cristais crescem da superfície para cima, eventualmente preenchendo os pequenos quadrados vazios na estrutura. Como as bactérias gostam de superfícies porosas, elas acabam criando diferentes padrões com os minerais.
"Nós fabricamos algo muito rígido e forte," disse Wang. "As implicações imediatas são para uso em infraestruturas como painéis aeroespaciais e estruturas de veículos."
As bactérias podem ser postas para trabalhar em diversas estruturas geométricas.
[Imagem:An Xin et al. - 10.1002/adma.202006946]
Bactérias operárias
Além das qualidades intrínsecas do material, um adicional interessante está na possibilidade de reintroduzir as bactérias para que elas façam reparos quando as peças forem danificadas.
"Uma visão interessante é que esses materiais vivos ainda possuem propriedades de crescimento próprio," disse Wang. "Quando houver danos a esses materiais, podemos introduzir bactérias para fazer crescer os materiais de volta. Por exemplo, se os usarmos em uma ponte, podemos reparar os danos quando necessário."
