Bactérias giratórias criam celulose melhorada

Em um mundo invadido por lixo plástico, causando problemas ambientais incalculáveis, o professor assistente de engenharia mecânica e aeroespacial da Universidade de Houston, Maksud Rahman, desenvolveu uma maneira de transformar a celulose bacteriana – um materials biodegradável – em um materials multifuncional com potencial para substituir plástico.

Ele tem o potencial de se tornar sua próxima garrafa de água descartável e muito mais, como materials de embalagem ou até molhos de feridas – todos feitos de um dos biopolímeros abundantes e biodegradáveis ​​da Terra: celulose bacteriana. O artigo é publicado no diário Comunicações da natureza.

“Nós imaginamos essas folhas de celulose bacterianas fortes, multifuncionais e ecológicas se tornando onipresentes, substituindo plásticos em vários setores e ajudando a mitigar danos ambientais“Disse Rahman.

“Relatamos uma estratégia de baixo para cima e escalável e simples e escalável para biossintetizar folhas robustas de celulose bacteriana com nanofibrilas alinhadas e nanopartículas híbridas multifuncionais à base de celulose bacterianas usando forças de cisalhamento de forças de cisalhamento de forças de cisalhamento a partir de fluxo de fluido em um dispositivo de cultura rotacional.

“As folhas de celulose bacterianas resultantes exibem alta resistência à tracção Flexibilidade, dobrabilidade, transparência óptica e estabilidade mecânica de longo prazo “, disse Masr Saadi, estudante de doutorado da Universidade de Rice, que atuou como o primeiro autor do estudo. Shyam Bhakta, um pós-doutorado em biosciências em Rice, apoiou a implementação biológica.

A crescente preocupação com os efeitos nocivos dos materiais não degradáveis ​​à base de petróleo no meio ambiente intensificou a demanda por alternativas sustentáveis, como naturais ou biomateriais. A celulose bacteriana emergiu como um biomaterial potencial que é naturalmente abundante, biodegradável e biocompatível.

Para fortalecer a celulose e criar mais funcionalidade, a equipe incorporou nanosheets de nitreto de boro no líquido que alimenta as bactérias e fabricou nanopartículas híbridas de nitre-boron-boro-boro com propriedades mecânicas ainda melhores (resistência à tração até ~ 553 MPa) e propriedades térmicas (três vezes mais rápida taxa de dissipação de calor em comparação com amostras).

“Essa abordagem escalável de bio-fabricação de etapa única, produzindo folhas de celulose bacterianas alinhadas, fortes e multifuncionais, abririam caminho para aplicações em materiais estruturais, gerenciamento térmico, embalagens, têxteis, eletrônicos verdes e armazenamento de energia”, disse Rahman.

“Estamos essencialmente orientando as bactérias para se comportar com o propósito. Em vez de nos mover aleatoriamente, direcionamos seu movimento, para que eles produzam celulose de maneira organizada. Esse comportamento controlado, combinado com nosso método flexível de biossíntese com vários nanomateriais, nos permite alcançar o alinhamento estrutural e as propriedades multifuncionais no materials no mesmo tempo”.

E, movendo-se, Rahman significa girar, introduzindo um dispositivo de cultura de rotação personalizado, onde as bactérias produtoras de celulose são cultivadas em uma incubadora cilíndrica permeável ao oxigênio continuamente girada usando um eixo central para produzir fluxo de líquido direcional. Esse fluxo resulta em viagens direcionais consistentes das bactérias.

“Isso melhora significativamente o alinhamento das nanofibrilas em folhas de celulose bacterianas a granel”, disse Rahman. “Este trabalho é um epítome da ciência interdisciplinar na interseção da ciência, biologia e nanoengenharia de materiais”.