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A natureza tem um talento extraordinário para produzir materiais compósitos que são simultaneamente leves e fortes, porosos e rígidos – como conchas ou ossos de moluscos. Mas produzir tais materiais em um laboratório ou fábrica – particularmente usando materiais e processos ecologicamente corretos – é extremamente desafiador.
Pesquisadores do Laboratório de Materiais Macios da Escola de Engenharia buscaram uma solução na natureza. Eles foram pioneiros em uma tinta imprimível em 3D que contém Sporosarcina pasteurii: a bactéria que, quando exposta a uma solução contendo ureia, desencadeia um processo de mineralização que produz carbonato de cálcio (CaCO3). O resultado é que os pesquisadores podem usar sua tinta – apelidada de BactoInk – para imprimir em 3D praticamente qualquer forma, que irá gradualmente mineralizar ao longo de alguns dias.
“A impressão 3D está ganhando cada vez mais importância em geral, mas o número de materiais que podem ser impressos em 3D é limitado pela simples razão de que as tintas devem atender a certas condições de fluxo”, explica a chefe do laboratório Esther Amstad. “Por exemplo, eles devem se comportar como um sólido quando em repouso, mas ainda podem ser extrudados através de um bocal de impressão 3D – mais ou menos como ketchup.”
Amstad explica que tintas de impressão 3D contendo pequenas partículas minerais foram usadas anteriormente para atender a alguns desses critérios de fluxo, mas que as estruturas resultantes tendem a ser macias ou a encolher após a secagem, levando a rachaduras e perda de controle sobre a forma da peça. produto final.
“Então, criamos um truque simples: em vez de imprimir minerais, imprimimos um andaime polimérico usando nosso BactoInk, que é então mineralizado em uma segunda etapa separada. Após cerca de quatro dias, o processo de mineralização desencadeado pelas bactérias no scaffold leva a um produto final com teor mineral superior a 90%.”
O resultado é um biocompósito forte e resiliente, que pode ser produzido usando uma impressora 3D padrão e materiais naturais, e sem as temperaturas extremas frequentemente necessárias para a fabricação de cerâmica. Os produtos finais não contêm mais bactérias vivas, pois são submersos em etanol no final do processo de mineralização.
O método, que descreve a primeira tinta de impressão 3D que usa bactérias para induzir a mineralização, foi publicado recentemente na revista Materiais Hoje.
Remendando arte, recifes de corais ou ossos
A abordagem do Soft Materials Lab tem várias aplicações potenciais em uma ampla gama de campos, desde arte e ecologia até biomedicina. Amstad acredita que a restauração de obras de arte pode ser muito facilitada pelo BactoInk, que também pode ser injetado diretamente em um molde ou local de destino – uma rachadura em um vaso ou uma lasca em uma estátua, por exemplo. As propriedades mecânicas da tinta conferem-lhe a força e a resistência ao encolhimento necessárias para reparar uma obra de arte, bem como para evitar mais danos durante o processo de restauro.
O uso do método apenas de materiais ecológicos e sua capacidade de produzir um biocompósito mineralizado também o torna um candidato promissor para a construção de corais artificiais, que podem ser usados para ajudar a regenerar recifes marinhos danificados. Finalmente, o fato de que a estrutura e as propriedades mecânicas do biocompósito imitam as do osso podem torná-lo interessante para futuras aplicações biomédicas.
“A versatilidade do processamento BactoInk, combinada com o baixo impacto ambiental e as excelentes propriedades mecânicas dos materiais mineralizados, abre muitas novas possibilidades para a fabricação de compósitos leves e resistentes que são mais semelhantes aos materiais naturais do que aos compósitos sintéticos de hoje,” Amstad resume.
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