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Usando o processo de fabricação de ninhos de um pequeno pássaro como modelo, pesquisadores da Universidade Estadual da Carolina do Norte desenvolveram um processo não tóxico para fazer géis de celulose. O processo de congelamento-descongelamento é simples, econômico e pode criar géis de celulose que são úteis em diversas aplicações, incluindo géis ajustáveis para administração programada de medicamentos. O processo também funciona com bambu e potencialmente outras fibras vegetais que contêm lignina.
A celulose é um material maravilhoso para a fabricação de hidrogéis – que são usados em aplicações que vão desde lentes de contato até tratamento de feridas e administração de medicamentos. Mas criar hidrogéis a partir de celulose é complicado e muitas vezes os processos usados para criar os hidrogéis são tóxicos.
“Normalmente é preciso primeiro dissolver a celulose e depois induzi-la a se reticular ou formar a estrutura de interesse, o que muitas vezes requer o uso de solventes de difícil manuseio, instáveis ou tóxicos”, diz Lucian Lúcia, professor de biomateriais e química florestal. na NC State e co-autor correspondente do trabalho.
Entre na família de pássaros Swift – pequenos pássaros que usam a saliva para manter os galhos no lugar ao construir seus ninhos.
“Meu então aluno de doutorado, Zhen Zhang, observou que quando os pássaros fazem isso, a saliva age como uma resina natural que mantém o ninho unido e estimula as fibras dentro do ninho a se interconectarem ou se interligarem”, diz Lucia. “Que é exatamente o que queremos que a celulose dissolvida faça ao fazer hidrogéis. Então nos perguntamos: ‘e se imitarmos os pássaros?’”
Zhang, atualmente pós-doutorado na Texas Tech University, é coautor correspondente.
Os pesquisadores adicionaram uma celulose solúvel em água chamada carboximetilcelulose (CMC) a uma solução ácida e dissolveram o CMC. Em seguida, adicionaram fibra de celulose em pó à solução e submeteram-na a quatro rodadas de congelamento e descongelamento. O resultado foi gel de celulose.
“Pense nisso como adicionar um espessante à água, como se fosse um recheio de torta”, diz Lúcia. “Ao alterar o pH do CMC, a água torna-se essencialmente pegajosa. Congelar e descongelar a solução faz com que a celulose se compacte e se entrelace na rede pegajosa, dando-lhe uma estrutura mais organizada, tal como fazem os andorinhões quando criam os seus ninhos. Só que não precisamos usar bicos e saliva para fazer isso.”
A liofilização dos géis resultou em espuma de celulose. Os pesquisadores repetiram o processo também com fibras de bambu, o que sugere que poderia ser útil com muitas outras fibras contendo lignina e celulose.
“Os géis de celulose são robustos, estáveis à temperatura ambiente e podem ser ajustados para se degradarem de acordo com um cronograma, por isso seriam úteis em aplicações de distribuição de medicamentos, entre outras”, diz Lucia. “Isso abre uma nova janela promissora para o uso da biomimética para processar esses materiais celulósicos insolúveis de uma forma mais ecológica.”
A obra aparece em Compósitos Avançados e Materiais Híbridos. Noureddine Abidi, da Texas Tech University, é coautor correspondente do trabalho.
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