Biomineralização e regeneração sucessiva de materiais de construção vivos projetados - Ciência e Engenharia de Materiais

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quinta-feira, 1 de setembro de 2022

Biomineralização e regeneração sucessiva de materiais de construção vivos projetados

 


Resumo: Materiais de construção vivos (LBMs – Living Building Materials) foram projetados que forma são capazes de possuirem funções biológicas e estruturais. Os LBMs foram criados inoculando um scaffold de hidrogel de areia estrutural inerte com Synechococcus sp. PCC 7002, uma cianobactéria fotossintética. O scaffold forneceu suporte estrutural para Synechococcus, que endureceu a matriz de hidrogel através da biomineralização de carbonato de cálcio.


Nos dias atuais, a precipitação de carbonato de cálcio (CaCO3) induzida microbianamente (MICP - microbially induced calcium carbonate) é utilizada para a estabilização do solo, reparos em fissuras no concreto, vedação de fratura de óleos, biorremediação em metais e mitigação de vazamento de dióxido de carbono (CO2). Durante a precipitalção induzida microbianamente, a atividade metabólica dos microorganismos aumenta o estado de saturação local da célula bacteriana e promove a precipitação do carbonato de cálcio (CaCO3).


Com a viabilidade a longo prazo melhorada, os microorganismos podem ser utilizados para cultivar materiais de construção vivos (LBM’s) com funções biológicas estruturais. Os LBM’s necessitam de dois componentes principais: scaffold inerte (que fornece suporte estrutural para um componente vivo) e um componente vivo (que utiliza o scaffold como função estrutural e biológica).


Os microorganismos capazes de precipitar o carbonato de cálcio induzido microbianamente podem ser utilizados para cultivar materiais de construção com função auto-sustentável.


A viabilidade de Synechococcus no compósito areia-hidrogel foi, em geral, muito maior do que outros microrganismos biomineralizantes relatados em outros materiais estruturais. Otimizando as caracterísicas biológicas e estruturais dos LBM’s (temperatura, umidade e química do hidrogel) podem estender a utilizade deles para aplicações mais avançadas. Por exemplo, os microorganismos podem sentir, e responder, a produtos químicos tóxicos ou revelar danos estruturais com fluorescência.


 

Figura 1: (1) Os LBMs são criados pela mistura de Synechococcus sp. com células contendo cálcio meio nutricional, gel e areia. (2) LBMs podem ser regenerados exponencialmente a partir de um LBM através do uso de interruptores de temperatura e umidade. (3) LBMs ganham integridade estrutural por meio de dessecação. Após o serviço como material estrutural de suporte de carga, os LBMs podem ser reciclados como fonte agregada para novos LBMs. Fonte: (Reveran et al. 2020).


A pesquisa desenvolvida mostrada no artigo determinou que os LBM’s projetados foram capazes de mostrar uma regeneração exponencial através do uso de interruptores ambientais e precipitar o carbonato de cálcio induzido por micróbios. A cianobactéria Synechococcus, mineralizou e endureceu o gel. Em conjunto, o artigo mostrou que os resultados obtidos demonstram novas classes de LBM’s que podem ser projetados para obter múltiplas funcionalidades biológicas em materiais estruturais.





Referência:
C. M. Heveran, S. L. Williams, J. Qiu, S. M. Cook, J. C. Cameron, W. V. Srubar III. Biomineralization and Successive Regeneration of Engineered Living Building Materials. Matter 2, 481–494. DOI: 10.1016/j.matt.2019.11.016


Redação: Rafael Andrade Taveira - Engenharia de Materiais - UNILA