Os materiais sintéticos mais fortes costumam ser aqueles que imitam intencionalmente a natureza.

Uma substância natural que os cientistas procuraram na criação de materiais sintéticos é o nácar, também conhecida como madrepérola. Um excepcionalmente difícil, material rígido produzido por alguns moluscos e servindo como sua camada interna de concha, também compreende a camada externa de pérolas, dando-lhes seu brilho lustroso.

Mas, embora as propriedades exclusivas do nácar o tornem uma inspiração ideal na criação de materiais sintéticos, a maioria dos métodos usados ​​para produzir nácar artificial são complexos e consomem muita energia.

Agora, um biólogo da Universidade de Rochester inventou um método barato e ecológico para fazer nácar artificial usando um componente inovador:bactérias. O nácar artificial criado por Anne S. Meyer, um professor associado de biologia em Rochester, e seus colegas é feito de materiais produzidos biologicamente e tem a dureza de nácar natural, ao mesmo tempo em que é rígido e, surpreendentemente, flexível.

O método usado para criar o novo material pode levar a novas aplicações na medicina, engenharia - e até mesmo construindo edifícios na lua.

Propriedades mecânicas impressionantes

As impressionantes propriedades mecânicas do nácar natural surgem de sua hierarquia, estrutura em camadas, o que permite que a energia se disperse uniformemente pelo material. Em artigo publicado na revista Pequena , Meyer e seus colegas descrevem seu método de uso de duas cepas de bactérias para replicar essas camadas. Quando eles examinaram as amostras em um microscópio eletrônico, a estrutura criada pela bactéria tinha uma camada semelhante à do nácar produzido naturalmente pelos moluscos.

Embora os materiais inspirados no nácar tenham sido criados sinteticamente antes, os métodos usados ​​para torná-los normalmente envolvem equipamentos caros, temperaturas extremas, condições de alta pressão, e produtos químicos tóxicos, Meyer diz. "Muitas pessoas que criam nácar artificial usam camadas de polímero que são solúveis apenas em soluções não aquosas, um solvente orgânico, e então eles têm esse balde gigante de lixo no final do procedimento que tem que ser descartado. "

Para produzir nácar no laboratório de Meyer, Contudo, tudo o que os pesquisadores precisam fazer é cultivar bactérias e deixá-las repousar em um local quente.

De bactérias a nácar

Para fazer o nácar artificial, Meyer e sua equipe criam camadas finas alternadas de carbonato de cálcio cristalizado - como cimento - e polímero pegajoso. Eles primeiro pegam uma lâmina de vidro ou plástico e colocam em um béquer contendo as bactérias Sporosarcina pasteurii , uma fonte de cálcio, e ureia (no corpo humano, a ureia é o produto residual excretado pelos rins durante a micção). Essa combinação desencadeia a cristalização de carbonato de cálcio. Para fazer a camada de polímero, eles colocam a lâmina em uma solução da bactéria Bacillus licheniformis , em seguida, deixe o copo descansar em uma incubadora.

No momento, leva cerca de um dia para construir uma camada, aproximadamente cinco micrômetros de espessura, de carbonato de cálcio e polímero. Meyer e sua equipe estão atualmente procurando revestir outros materiais como metal com o nácar, e "estamos tentando novas técnicas para tornar mais espesso, materiais do tipo nácar mais rápido e isso poderia ser o próprio material inteiro, "Meyer diz.

Construindo casas na lua

Uma das características mais benéficas do nácar produzido no laboratório de Meyer é que ele é biocompatível - feito de materiais que o corpo humano produz ou que os humanos podem comer naturalmente de qualquer maneira. Isso torna o nácar ideal para aplicações médicas, como ossos artificiais e implantes, Meyer diz. "Se você quebrar o braço, por exemplo, você pode colocar um pino de metal que precisa ser removido em uma segunda cirurgia, após a cura do osso. Um pino feito de nosso material seria rígido e resistente, mas você não teria que removê-lo. "

E, enquanto o material é mais resistente e rígido do que a maioria dos plásticos, é muito leve, uma qualidade especialmente valiosa para veículos de transporte como aviões, barcos, ou foguetes, onde cada libra extra significa combustível extra. Como a produção de nácar bacteriano não requer instrumentos complexos, e o revestimento de nácar protege contra degradação química e intemperismo, é uma promessa para aplicações de engenharia civil, como prevenção de rachaduras, revestimentos de proteção para controle de erosão, ou para a conservação de artefatos culturais, e pode ser útil na indústria de alimentos, como um material de embalagem sustentável.

O nácar também pode ser um material ideal para construir casas na lua e em outros planetas:os únicos "ingredientes" necessários seriam um astronauta e um pequeno tubo de bactérias, Meyer diz. "A lua tem uma grande quantidade de cálcio na poeira lunar, então o cálcio já está lá. O astronauta traz a bactéria, e o astronauta faz a uréia, que é a única outra coisa que você precisa para começar a fazer camadas de carbonato de cálcio. "

Mesmo além de suas qualidades como um material estrutural ideal, o nácar em si - como qualquer proprietário de joias de pérolas sabe - é "muito bonito, "Meyer diz, devido às suas camadas empilhadas. Cada camada empilhada tem aproximadamente o mesmo comprimento de onda da luz visível. Quando a luz atinge o nácar, "os comprimentos de onda da luz interagem com essas camadas da mesma altura, de modo que ela retorna no mesmo comprimento de onda da luz visível." Embora o nácar bacteriano não interaja com a luz visível porque as camadas são mais espessas do que o nácar natural, ele poderia interagir com comprimentos de onda infravermelhos e refletir o infravermelho em si mesmo, Meyer diz, que "pode ​​oferecer propriedades ópticas únicas."