O DNA tem muitos usos úteis. Ele armazena o projeto do código genético. Ajuda a conduzir a evolução das espécies.

Também poderia tornar um mais forte, colher mais sustentável, entre outras coisas.

Uma colaboração liderada por Cornell está transformando DNA de matéria orgânica, como cebolas, peixes e algas - em géis e plásticos biodegradáveis. Os materiais resultantes podem ser usados ​​para criar objetos de plástico do dia a dia, adesivos excepcionalmente fortes, compostos multifuncionais e métodos mais eficazes para a entrega de drogas, sem prejudicar o meio ambiente da mesma forma que os materiais à base de petroquímicos fazem.

O papel da equipe, "Transformação de DNA de biomassa em materiais biodegradáveis ​​de géis a plásticos para reduzir o consumo petroquímico, "publicado em 11 de maio no Jornal da American Chemical Society .

A colaboração é liderada por Dan Luo, professor de engenharia biológica e ambiental na Faculdade de Agricultura e Ciências da Vida. O grupo de Luo tem explorado maneiras de usar DNA de biomassa como material genético e genérico, capitalizando suas propriedades como um novo polímero.

"Existem muitos, muitas razões pelas quais o DNA é tão bom como um material genérico, "Luo disse." O DNA é programável. Tem mais de 4, 000 nanoferramentas - são enzimas - que podem ser usadas para manipular o DNA. E o DNA é biocompatível. Você come DNA o tempo todo. É atóxico e degradável. Essencialmente, você pode compostá-lo. "

Talvez a maior virtude do DNA de biomassa seja sua abundância. Existem cerca de 50 bilhões de toneladas métricas de biomassa na Terra, e menos de 1% desse montante poderia atender a necessidade mundial de plásticos por um ano, de acordo com a equipe de Luo. Enquanto isso, produtos de base petroquímica têm um impacto enorme sobre o meio ambiente - desde a exploração e refino de petróleo e gás, para a síntese industrial de plástico, aos milhões de toneladas de produtos que sujam a terra e os oceanos sem se degradar.

Embora a biomassa já tenha sido convertida em materiais biodegradáveis, esse processo - no qual polissacarídeos como a celulose são decompostos e ressintetizados em polímeros - requer energia extra e temperaturas extremas que também afetam o meio ambiente.

A equipe de Luo contornou esse processo de quebra de síntese desenvolvendo um método de reticulação em uma etapa que mantém a função do DNA como um polímero sem quebrar suas ligações químicas. O processo é surpreendentemente simples:os pesquisadores extraem o DNA de qualquer fonte orgânica, como bactérias, algas, salmão ou bagaço de maçã - e dissolva-os em água. Depois que o pH da solução é ajustado com álcali, os pesquisadores adicionam diacrilato de polietilenoglicol, que se liga quimicamente ao polímero de DNA e forma um hidrogel.

O gel pode então ser desidratado para produzir uma variedade de materiais mais densos, como plástico e cola.

"É um processo muito mais simples do que a síntese convencional, "Luo disse." Todo o processo é mais factível, mais econômico e [pode ser feito] em maior escala, porque você não tem que pré-tratar o DNA de biomassa. Basta ligá-los diretamente aos plásticos. "

Uma vantagem adicional da reticulação é que os pesquisadores podem ajustar os novos materiais com propriedades incomuns. Por exemplo, o pesquisador de pós-doutorado Dong Wang criou uma cola que pode grudar no Teflon a 20 graus Celsius negativos, uma temperatura que congelaria os adesivos tradicionais à base de água. Wang também fez uma "flor" de biomassa que incorporava nanopartículas magnéticas e podia ser manipulada com um campo magnético.

"A aplicação do produto depende das propriedades que oferecemos a ele, "Luo disse." Você pode torná-lo luminescente, torná-lo condutor ou não condutor, torná-lo muito mais forte. Qualquer coisa em que você possa pensar. "

Além de gerar desde brinquedos e utensílios até roupas e peles para edifícios, Luo disse que os hidrogéis podem ser particularmente adequados para drogas de liberação controlada. Os pesquisadores também conseguiram alcançar a produção de proteína livre de células, o que não era possível em produtos de base petroquímica.

"Nosso método de cross-link é muito geral, "disse Wang, o autor principal do artigo. "Pode ser expandido para outros polímeros, outras moléculas. "

O custo de conversão no ambiente atual do laboratório é de cerca de US $ 1 por grama de material, com quase 90% das despesas indo para o etanol necessário para extrair o DNA da biomassa. Se fabricado em escala industrial, Luo estima que o custo seria reduzido drasticamente, por cem ou mesmo mil vezes.

Um desafio potencial é obter grandes quantidades de biomassa para extrair o DNA. Os pesquisadores ainda precisam descobrir como controlar a vida útil dos materiais e o tempo que leva para se degradarem.

"Também estamos trabalhando para tornar os materiais de DNA de biomassa muito mais funcionais, para fazer diferentes tipos de materiais, tornando-os super fortes, Super macio, - disse Luo. - Mas nunca esqueceremos que é um material baseado em DNA. Quando possível, queremos tirar vantagem do papel genético do DNA ”.