Uma cerveja preta espumosa, um farto pão, um queijo picante; cada um é a essência da vida, cada um criado por microorganismos que ocorrem naturalmente. Definido universalmente como cerveja, panificação e caseicultura (OK, fabricação de queijo), eles são exemplos do que, hoje, nós chamamos de biofabricação.

Embora você não possa associar esse termo industrial às artes culinárias, você deve estar familiarizado com o processo de fabricação de etanol à base de milho, antibióticos e lubrificantes, entre uma gama cada vez maior de produtos.

Esses processos podem ser complexos e caros, e em muitos casos, os rendimentos são relativamente baixos - muito baixos para tornar um produto comercialmente viável. Mas os sucessos anteriores continuam a ajudar a expandir a indústria, levando fabricantes e pesquisadores a trabalharem juntos para encontrar soluções exclusivas para alguns dos maiores problemas da biofabricação.

Um caso em questão:pesquisadores de duas divisões do Laboratório Nacional de Argonne do Departamento de Energia dos EUA (DOE) que uniram forças para desenvolver um material adsorvente altamente seletivo chamado EZ Select para lidar com as ineficiências na extração de bioprodutos. Combinando a experiência do laboratório em biociências com seu know-how de fabricação, a tecnologia demonstra o poder da parceria.

“O desafio é gerar um produto puro com custo e energia relativamente baixos, "disse Phil Laible, um biofísico na divisão de Biociências da Argonne e um investigador principal do projeto. "EZ Select é uma maneira muito eficiente de separar o produto de um ambiente muito complexo, porque a única coisa que se adsorve em sua superfície é o produto que estamos interessados ​​em fazer. "

Na fabricação de bioprodutos, diferentes microorganismos são selecionados para criar produtos específicos, cada um cultivado com uma solução diferente de meio de crescimento composta por nutrientes e sais. A "sopa" que isso produz inclui não só o produto, mas subprodutos do processamento, como partículas e emulsões que tornam o produto mais difícil de extrair.

Como a complexidade da mídia de crescimento e da sopa muda de bioproduto para bioproduto, a equipe precisava da experiência tanto de biocientistas quanto de especialistas em aplicações para criar um material que pudesse ser alterado ou "ajustado" para funcionar com diferentes produtos químicos.

Esse material é um xerogel, um material nanoestruturado altamente poroso, cujos tamanhos de poro podem ser modificados usando micelas, ou lipídios, que criam o poder de lavagem ativo em detergentes. A capacidade de ajustar o EZ Select ainda mais usando aditivos fornece controle quase completo da porosidade, disse Laible.

"Nossa capacidade de ajustá-lo significa que podemos alterar grupos funcionais químicos na superfície para atrair um tipo específico de molécula e excluir outros, "acrescentou Ed Barry, cientista de aplicações da divisão de Materiais Aplicados da Argonne e membro da equipe EZ Select.

Outro benefício do uso do EZ Select na biofabricação é seu efeito neutro sobre os organismos encarregados de criar o produto final. Em alguns esquemas de bioprodução, a concentração excessiva do bioproduto pode retardar ou interromper o processo de fermentação, resultando em rendimentos mais baixos.

"Se você pensar nisso em termos de produção de vinho, por exemplo, quando uma certa concentração de álcool é atingida, então o organismo - fermento, neste caso, pára de converter uvas em vinho, "explicou Barry." Portanto, a capacidade de usar algo como EZ Select para remover seletivamente o produto de modo que não reprima a funcionalidade do organismo permite que o processo continue, produzindo um maior rendimento de álcool. "

Parecendo um rolo gigante de toalhas de papel encharcadas, O EZ Select pode adsorver até oito vezes sua massa e ser reutilizado dezenas de vezes. Ele também pode ser dimensionado para atender às necessidades de adsorção de quantidades específicas de produtos. Apenas um gel do tamanho de uma caixa de leite de meio galão pode ser reutilizado várias vezes em um processo de cem litros.

"Você pode preenchê-lo com produtos e, em seguida, com apenas uma compressão simples, remova o produto do material, que então volta para o processo para ser reutilizado. Esse é o poder disso, "de acordo com Laible. EZ Select aprimora os processos de biofabricação integrando os processos de produção e separação para melhorar a produtividade e a sustentabilidade.

Dada sua sintonia em nível molecular, o potencial do EZ Select é ilimitado. Ao contrário de atrair produtos, pode ser usado em vez disso para capturar a mídia e processar impurezas que inibem a conversão microbiana, tornando o processo de biofabricação mais eficiente. E os pesquisadores a veem como uma tecnologia de plataforma promissora para qualquer número de aplicativos diferentes.

"A capacidade de adsorver coisas especificamente de misturas relativamente complexas ilustra sua propensão para o uso como um absorvente para uma ampla gama de aplicações, "disse Barry." Acho que sua especificidade abre outros usos potenciais para o EZ Select em aplicações de remediação de metais pesados ​​e captura de gás, como CO ₂ adsorção. "