Pesquisadores da Universidade de Cambridge criaram um filme de polímero que imita as propriedades da teia de aranha, um dos materiais mais fortes da natureza.
O novo material é tão resistente quanto muitos plásticos comuns em uso hoje e pode substituir o plástico em muitos produtos domésticos comuns. O material foi criado usando uma nova abordagem para a montagem de proteínas vegetais em materiais que imitam a teia de aranha no nível molecular.
Um filme "verde"
O método energeticamente eficiente, que utiliza ingredientes sustentáveis, resulta em um filme semelhante ao plástico, que pode ser feito em escala industrial. O polímero também pode ser colorido para fazer revestimentos resistentes à água.
O material é compostável em casa, ao contrário de outros tipos de bioplásticos. E, finalmente, o material desenvolvido por Cambridge não requer modificações químicas em seus blocos de construção naturais. A teia de aranha "vegana" se degrada sem ajuda, com segurança, em todos os ambientes naturais.
O novo produto será comercializado por Xampla, uma empresa spin-out da Universidade de Cambridge. A empresa apresentará uma gama de sachês e cápsulas de uso único ainda este ano. Eles podem substituir o plástico usado em produtos do dia a dia, como pastilhas para lava-louças e cápsulas de detergente para roupas. Os resultados são relatados no jornal Natureza das Comunicações .
O segredo desta teia de aranha? Proteínas vegetais
Por muitos anos, Professor Tuomas Knowles do Departamento de Química de Cambridge, Yusuf Hamied realizou pesquisas sobre o comportamento das proteínas. Grande parte de sua pesquisa se concentrou no que acontece quando as proteínas "se comportam mal" e causam doenças como a doença de Alzheimer.
"Normalmente estudamos como as interações funcionais das proteínas nos permitem permanecer saudáveis e como as interações irregulares estão implicadas na doença de Alzheimer", diz Knowles, que liderou a pesquisa sobre a teia de aranha. “Foi uma surpresa descobrir que nosso estudo também poderia abordar um grande problema de sustentabilidade: o da poluição plástica”.
Como parte de sua pesquisa de proteínas, Knowles e sua equipe ficaram interessados em saber por que materiais como teias de aranha são tão fortes, embora tenham ligações moleculares tão fracas. “Descobrimos que a chave que dá força à teia de aranha é que as ligações de hidrogênio são organizadas regularmente no espaço e em uma densidade muito alta”, disse Knowles.
Coautor Dr. Marc Rodrigues Garcia, que agora é chefe de pesquisa e desenvolvimento da Xampla, começou a estudar como replicar essa automontagem regular em outras proteínas. As proteínas têm uma propensão para a auto-organização e auto-montagem molecular, e as proteínas vegetais, em particular, são abundantes e podem ser obtidas de forma sustentável como subprodutos da indústria alimentícia.
"Muito pouco se sabe sobre a automontagem de proteínas vegetais, e é emocionante saber que, preenchendo essa lacuna de conhecimento, podemos encontrar alternativas para plástico descartável", diz Ayaka Kamada, o primeiro autor do artigo.
Uma teia de aranha... com soja
Os pesquisadores replicaram com sucesso as estruturas encontradas na teia de aranha usando proteína isolada de soja, um subproduto da produção de óleo de soja. É uma proteína com uma composição completamente diferente.
Uma vez que todas as proteínas são constituídas por cadeias de polipeptídeos, sob as condições certas, podemos fazer as proteínas das plantas se auto-organizarem, assim como a teia de aranha. Em uma aranha, a proteína da seda é dissolvida em uma solução aquosa, que então se reúne em uma fibra extremamente forte por meio de um processo de fiação que requer muito pouca energia.
Tuomas Knowles, Universidade de Cambridge
Outros pesquisadores trabalharam diretamente com materiais de seda como substitutos do plástico, mas ainda são produtos de origem animal. De certa forma chegamos à 'teia de aranha vegana': o mesmo material, mas sem o verme e sem a aranha.
Um concentrado de tecnologia
Normalmente, as proteínas vegetais, como o isolado de proteína de soja (SPI), são pouco solúveis em água. Isso dificulta o controle de sua automontagem em estruturas ordenadas. A nova técnica usa uma mistura ecológica de ácido acético e água, combinada com ultra-som e altas temperaturas, para melhorar a solubilidade do SPI. Este método produz estruturas de proteínas com interações intermoleculares aprimoradas impulsionadas pela formação de ligações de hidrogênio. Em uma segunda etapa, o solvente é então removido.
A "teia de aranha vegana" tem desempenho equivalente a tecnopolímeros de alta performance, como o polietileno de baixa densidade.
Este é o culminar de algo em que trabalhamos há mais de dez anos, que é entender como a natureza gera materiais a partir das proteínas. Não pretendemos resolver um desafio de sustentabilidade: fomos motivados pela curiosidade sobre como criar materiais fortes a partir de interações fracas.
Tuomas Knowles, Universidade de Cambridge
