Cientistas da Universidade Tecnológica de Nanyang, Cingapura (NTU Cingapura) encontrou uma maneira de transformar o pólen, um dos materiais mais duros do reino vegetal, em um material macio e flexível, com potencial para servir como 'blocos de construção' para o design de novas categorias de materiais ecológicos.

As evidências, publicado em Nature Communications hoje, mostram como eles usaram um processo químico simples semelhante à fabricação de sabão convencional para transformar grãos de pólen de girassóis e outros tipos de plantas em partículas macias de microgel que respondem a vários estímulos.

Eles sugerem que, juntamente com avanços na impressão 3-D e 4-D, as partículas à base de pólen resultantes podem um dia ser transformadas em uma variedade de formas diferentes, incluindo géis de polímero, folhas de 'papel' e esponjas.

Os autores correspondentes deste artigo são o Professor Assistente Song Juha da Escola de Engenharia Química e Biomédica, e o Professor Cho Nam-Joon e o Professor Subra Suresh da Escola de Ciência e Engenharia de Materiais da NTU Cingapura.

NTU Distinguished University Professor Subra Suresh, que também é o presidente da NTU, disse:"Nossa equipe de pesquisa NTU transformou grãos de pólen duros além de seus limites naturais de desempenho, e os converteu em partículas suaves de microgel que alteram suas propriedades em resposta a estímulos externos. Isso é uma promessa para uma ampla gama de aplicações que são ambientalmente sustentáveis, economicamente acessível, e praticamente escalável. "

Os resultados até o momento também sugerem que a biocompatibilidade das partículas de microgel à base de pólen - o que significa que não causa um efeito imunológico, reação alérgica ou tóxica quando exposto aos tecidos do corpo - também o torna potencialmente adequado para aplicações como curativos, próteses, e eletrônicos implantáveis.

Professor Cho Nam-Joon, que detém a cadeira da Sociedade de Pesquisa de Materiais de Cingapura em Ciência e Engenharia de Materiais, disse:"Nossos resultados experimentais e computacionais fornecem uma visão sobre os mecanismos biológicos básicos do pólen, e demonstrar como alterar a estrutura da parede do pólen pode fazer com que as partículas de pólen inchem - muito parecido com as transformações de forma que ocorrem durante os processos biológicos, como a harmomegatia (o dobramento do grão de pólen para evitar a perda de água) e a germinação. Os resultados também mostram que podemos ir além dos limites de desempenho do que a natureza pode realizar por si mesma. "

Pólen, descrito pelos cientistas como o diamante do mundo das plantas por seus traços indestrutíveis, encapsula e transporta o material genético masculino de uma planta dentro de uma estrutura de parede composta de duas camadas mecanicamente distintas - uma camada externa resistente (exina), e uma camada interna de celulose macia e elástica (intina).

Quando liberado da parte reprodutiva masculina de uma flor, os grãos de pólen ficam desidratados e os grãos individuais dobram-se sobre si mesmos. Por outro lado, quando esses grãos chegam à estrutura reprodutiva feminina da planta, eles ficam hidratados e germinam, com um tubo polínico saindo do grão em direção à parte feminina.

O processo de crescimento do tubo polínico é controlado por enzimas dentro da estrutura da parede polínica que alteram a elasticidade da parede e levam a mudanças estruturais. Esses processos, levando a mudanças estruturais na parede do pólen, inspirou a equipe da NTU a tentar remodelar toda a estrutura da parede do pólen e alterar suas propriedades materiais, usando um processo semelhante ao de fabricação de sabão convencional.

Grãos de pólen da planta do girassol, com sua camada pegajosa de 'cimento de pólen' à base de óleo removida, foram incubados em condições alcalinas por até 12 horas. Isso amoleceu as duas partes da parede de pólen, e as partículas do grão de pólen incharam e se tornaram mais parecidas com gel. Quanto mais tempo os grãos ficam incubados, mais parecido com o gel se tornava o material resultante.

Em simulações de computador, a equipe também descobriu que as propriedades elásticas das camadas da parede externa e interna precisam estar dentro de uma faixa precisa para que o material derivado do pólen exiba este comportamento semelhante ao do gel, sugerindo que para uma partícula de pólen individual, existe uma via química e física que determina se a hidratação leva à sua germinação bem-sucedida.

O professor assistente da NTU, Song Juha, disse:"Nosso estudo inspira investigações futuras para a compreensão de como a ciência dos materiais do pólen pode influenciar o sucesso reprodutivo das plantas."