Os biofilmes são geralmente vistos como um problema a ser erradicado devido aos perigos que representam para humanos e materiais. Contudo, essas comunidades de algas, fungos ou bactérias possuem propriedades interessantes tanto do ponto de vista científico quanto técnico. Uma equipe da Universidade Técnica de Munique (TUM) descreve processos do campo da biologia que utilizam biofilmes para criar modelos estruturais para novos materiais que possuem as propriedades de materiais naturais. No passado, isso só foi possível até certo ponto.
Ao longo de milhões de anos, materiais naturais como madeira, osso e madrepérola foram otimizados via evolução de acordo com o princípio da estabilidade adaptada com o menor peso possível. A natureza inspirou muitos desenvolvimentos técnicos. Os exemplos incluem asas de avião, zíperes e selantes de superfície usando um efeito de lótus. Contudo, a engenharia reversa não pode reproduzir a complexidade estrutural do original na natureza.
"Na natureza, encontramos muitos materiais com propriedades que os materiais artificiais são incapazes de replicar exatamente da mesma maneira, "disse o professor Cordt Zollfrank, que realiza pesquisas sobre princípios básicos para o desenvolvimento de novos materiais junto com sua equipe na cadeira de polímeros biogênicos na TUM Campus Straubing para Biotecnologia e Sustentabilidade.
Os maiores problemas no menor nível
Como a interface entre biologia e tecnologia, biônica utiliza métodos e sistemas encontrados na natureza para fornecer soluções para problemas técnicos. Quando ainda se limitava ao uso de formas naturais, por exemplo. como modelos para desenvolvimento no projeto de asas de aviões ou cascos de navios, os problemas permaneceram administráveis. Contudo, imitar as propriedades dos materiais de construção naturais é uma história totalmente diferente. Isso ocorre porque eles são encontrados nas estruturas internas, onde as fibras estão ligadas umas às outras em várias ordens de magnitude e em vários níveis hierárquicos.
"Usualmente, as principais fontes de propriedades mecânicas de materiais, como elasticidade, força e resistência são encontradas no menor nível dessas hierarquias, especialmente na escala nanométrica, "explicou o Dr. Daniel Van Opdenbosch, um líder de equipe na cadeira de Zollfrank e um dos autores do artigo, descrevendo o principal problema ao tentar traduzi-los em soluções técnicas. Contudo, quando os próprios microorganismos ou suas secreções criam o material, as redes complexas tecnicamente sofisticadas já vêm totalmente formadas.
O Futuro da Biônica
Em um artigo para a revista Materiais avançados , os pesquisadores da TUM apresentam uma série de procedimentos do campo da biologia que utilizam luz, aquecer, substratos especialmente preparados, e outros estímulos para orientar a direção do movimento dos microrganismos ao longo de caminhos muito específicos. "Essas descobertas biológicas para controlar micróbios por meio de estímulos direcionados moldarão o futuro da pesquisa de materiais, "disse o professor Cordt Zollfrank. Isso porque eles tornam possível criar modelos sob medida para novos materiais com estruturas naturais dos próprios micróbios ou de suas secreções." Com nosso artigo, queremos mostrar a direção que essa jornada nos levará no campo da ciência material de inspiração biológica, "disse o professor.
Modelagem sem contato
Daniel Van Opdenbosch e seu grupo já estão utilizando com sucesso alguns desses métodos em Straubing. Como parte de um projeto Reinhart Koselleck da Fundação Alemã de Pesquisa (DFG), os pesquisadores estão aproveitando as propriedades especiais das algas vermelhas, cuja direção de movimento depende da exposição à luz, e que secretam cadeias de moléculas de açúcar. Ao projetar padrões de luz que mudam com o tempo para o meio de crescimento das algas, os pesquisadores os usam para criar longos, fios finos de polímero, que servem como gabaritos personalizados para a fabricação de cerâmicas funcionais.
Com a ajuda das algas, qualquer número de modelos pode ser criado para uma ampla variedade de aplicativos, variando de eletrodos de bateria a novas tecnologias de tela e exibição para aplicações na medicina, como osso e tecido de reposição. Embora a capacidade de desenvolver microestruturas complexas, como componentes inteiros e outros materiais estruturados hierarquicamente, ainda esteja muito longe no futuro, em breve poderia se tornar uma realidade tangível graças à pesquisa básica realizada pelos pesquisadores de Straubing.
