Materiais que se montam e simplesmente desaparecem no final de sua vida útil são bastante comuns na natureza. Pesquisadores da Universidade Técnica de Munique (TUM) desenvolveram com sucesso materiais supramoleculares que se desintegram em um tempo predeterminado - um recurso que pode ser usado em inúmeras aplicações.

Garrafas plásticas, latas vazias, brinquedos antigos, camisetas rasgadas e telefones celulares gastos - dia após dia, a humanidade produz milhões de toneladas de resíduos. Como podemos evitar que nosso planeta sufoque com o lixo?

Até hoje, a reciclagem é o método de escolha. Mas é caro:"Até agora, a maioria das substâncias artificiais são quimicamente muito estáveis:para decompô-las de volta em seus componentes, é preciso gastar muita energia, "explica Job Boekhoven, professor de Química Supramolecular na TUM. Inspirado por processos biológicos, o químico está trilhando outro caminho.

"A natureza não produz depósitos de lixo. Em vez disso, as células biológicas estão constantemente sintetizando novas moléculas a partir das recicladas. Algumas dessas moléculas se agrupam em estruturas maiores, os chamados conjuntos supramoleculares que formam os componentes estruturais da célula. Esse conjunto dinâmico nos inspirou a desenvolver materiais que se descartam quando não são mais necessários. "

Natureza como modelo

Uma das principais diferenças entre as substâncias feitas pelo homem e a maioria dos materiais biológicos vivos é o gerenciamento de energia:os materiais feitos pelo homem estão em equilíbrio com seu meio ambiente. Isso significa que eles não trocam moléculas e energia, permanecendo assim do jeito que são.

A natureza funciona de acordo com outro princípio:materiais biológicos vivos, como pele e osso, mas também células, não estão em equilíbrio com seu ambiente. Uma entrada constante de energia e blocos de construção é necessária para sua construção, Manutenção e reparo.

"Um exemplo típico de uma fonte de energia é trifosfato de adenosina, ATP para abreviar, "explica Boekhoven." Desde que haja energia suficiente disponível, componentes danificados e células inteiras podem ser quebrados e substituídos por novos, caso contrário, o organismo morre e se desintegra em seus blocos básicos de construção. "

No final, há apenas poeira molecular

Os novos materiais que Boekhoven explorou com uma equipe interdisciplinar de químicos, físicos, e os engenheiros da TU Munich são baseados no modelo natural:os blocos de construção moleculares são inicialmente móveis livremente, mas se a energia for adicionada na forma de moléculas de alta energia, as estruturas supramoleculares se formam.

Estes se desintegram autonomamente quando a energia se esgota. Assim, o tempo de vida pode ser predefinido pela quantidade de "combustível" adicionado. No laboratório, os materiais podem ser configurados para degradar autonomamente após vários minutos a várias horas. Além disso, seguindo um ciclo, o material degradado pode ser reutilizado simplesmente adicionando outro lote de moléculas de alta energia.

Do laboratório para a prática

Os cientistas projetaram diferentes anidridos que se agrupam em colóides, hidrogéis ou tintas supramoleculares. Nestes materiais, uma rede de reação química converte dicarboxilatos em anidridos metaestáveis ​​impulsionados pelo consumo irreversível de carbodiimida como "combustível". Por causa de seu caráter metaestável, os anidridos hidrolisam em seus dicarboxilatos originais com meia-vida na faixa de segundos a vários minutos.

Como as moléculas formam estruturas muito diferentes, dependendo de sua composição química, inúmeras possibilidades de aplicação surgem. Colóides esféricos, por exemplo, pode ser carregado com moléculas insolúveis em água - estas podem ser usadas para transportar drogas contra o câncer diretamente para a célula tumoral. No final de sua missão, os colóides iriam se dissolver autonomamente, liberando assim as drogas localmente.

Outros blocos de construção se reúnem em longas estruturas fibrosas que transformam os fluidos em géis e podem ser usados ​​para estabilizar o tecido recém-transplantado por um tempo predefinido, depois disso, o corpo assumiria essa função. E, tintas com durabilidade definida com precisão poderiam ser produzidas a partir de moléculas que se agrupam em conjuntos em forma de estrela.

Será possível construir máquinas supramoleculares ou telefones celulares que simplesmente desaparecem quando não são mais necessários? "Isso pode não ser completamente impossível, "enfatiza Boekhoven, "mas ainda há um longo caminho a percorrer. No momento, estamos trabalhando no básico."