Camarão, lagostas e cogumelos podem não parecer grandes ferramentas para o campo de batalha, mas três engenheiros da Universidade de Houston estão usando quitina - um derivado da glicose encontrada nas paredes celulares de artrópodes e fungos - e técnicas de impressão 3-D para produzir revestimentos multicamadas de alto impacto que podem proteger os soldados contra balas, lasers, gás tóxico e outros perigos.

Embora o milho seja mais conhecido como sustentável, material de base biológica, a quitina oferece uma promessa como um material comumente disponível que pode ser processado e usado em alguns produtos que agora requerem plásticos à base de petróleo, disse Alamgir Karim, Dow Chair Professor de engenharia química e biomolecular.

"E se pudéssemos processar esses materiais e levá-los a um determinado nível de desempenho, para que pudéssemos fazer coisas realmente boas no mundo dos plásticos? ", perguntou ele." Eles seriam biodegradáveis ​​por design, para que eles pudessem se decompor e retornar à Mãe Natureza. "

Karim, que também atua como diretor do International Polymer &Soft Matter Center e do programa de engenharia de materiais em UH, é o investigador principal do projeto, financiado por US $ 660, Subsídio de 000 do Departamento de Defesa dos EUA. Venkatesh Balan, professor assistente de tecnologia de engenharia, e Megan Robertson, professor associado de engenharia química e biomolecular, são co-investigadores principais.

Eles são encarregados de desenvolver duros, filmes multicamadas duráveis ​​e antimicrobianos, capazes de resistir ao impacto de projéteis ou lasers e, ao mesmo tempo, absorver gases tóxicos. Karim disse que o trabalho também terá aplicações além do militar, potencialmente expandindo seus benefícios ambientais.

A quitina é o principal componente das paredes celulares dos fungos e do exoesqueleto dos artrópodes, incluindo crustáceos, insetos e moluscos. Também é encontrado em escamas de peixes. Ele pode ser colhido e processado para produzir quitosana, ou quitina desacetilada, uma fibra que também é produzida e vendida como suplemento dietético para tratar a obesidade, colesterol alto, hipertensão e doença de Crohn. A quitosana é mais fácil de manusear do que a frágil quitina.

Balan, cujo laboratório produz biomoléculas para uso médico e industrial, está usando processos químicos e enzimáticos para produzir as moléculas de quitosana usando cascas de crustáceos. "Estamos tentando fazer a mesma coisa com cogumelos, " ele disse, observando que os cogumelos produzem um grau mais consistente de polimerização de forma sustentável, ajudando a padronizar a produção de quitina e, em seguida, processá-la para se tornar quitosana.

Uma fonte estável de polímeros de quitosana será apenas o começo. Robertson determinará como alterar a composição atômica na superfície da quitosana para melhorar sua interface com as camadas funcionais. Sua pesquisa inclui o projeto de polímeros sustentáveis ​​e biodegradáveis ​​derivados de recursos renováveis.

Essa compatibilidade aprimorada entre a quitosana e o polímero melhorará a capacidade do revestimento de reter gás ou absorver o impacto de um projétil, ela disse.

É aí que entra Karim - ele está projetando um sistema multicamadas que será composto de uma camada endurecida e resistente ao impacto; uma camada de absorção de energia que lembra a forma como os carros modernos são projetados para se dobrar com o impacto, salvaguarda da cápsula do passageiro; uma camada para absorver gases tóxicos, com nanopartículas de carvão dispersas na quitosana; e uma camada de adesão têxtil, que ligará o revestimento à tela e outros têxteis.

Isso envolverá a impressão 3-D de diferentes nanopartículas de quitina e estruturas de design de zona de esmagamento reforçadas ou fabricadas com quitosana e testá-las para determinar sua capacidade de resistir a um impacto.

"É muito bom, projeto ambientalmente correto, "Karim disse, e um que terá aplicações para automóveis, construção e outras indústrias.