Todos os anos, 400 milhões de toneladas de resíduos plásticos são gerados em todo o mundo. Entre 19 e 23 milhões de toneladas desses resíduos plásticos chegam aos ecossistemas aquáticos e o restante vai para o solo. Anualmente são geradas mais 92 milhões de toneladas de resíduos de tecidos.



Challa Kumar, professor emérito de química, “farto” da enorme quantidade de lixo tóxico que as pessoas lançam continuamente no meio ambiente, sentiu-se compelido a fazer alguma coisa. Como químico, fazer algo significava usar a sua experiência para desenvolver materiais novos e sustentáveis.

“Todos deveriam pensar em substituir materiais baseados em combustíveis fósseis por materiais naturais em qualquer lugar que puderem para ajudar a nossa civilização a sobreviver”, diz Kumar. "A casa está pegando fogo, mal podemos esperar. Se a casa estiver pegando fogo e você começar a cavar um poço, isso não vai funcionar. É hora de começar a jogar água na casa."

Kumar desenvolveu duas tecnologias que utilizam proteínas e tecidos, respectivamente, para criar novos materiais. Os Serviços de Comercialização de Tecnologia (TCS) da UConn registraram patentes provisórias para ambas as tecnologias.

Inspirados pela capacidade da natureza de construir uma gama diversificada de materiais funcionais, Kumar e sua equipe desenvolveram um método para produzir materiais não tóxicos continuamente sintonizáveis.

“A química é a única coisa que está no nosso caminho”, diz Kumar. "Se entendermos a química das proteínas, poderemos tornar os materiais proteicos tão fortes quanto um diamante ou tão macios quanto uma pena."

A primeira inovação é um processo para transformar proteínas naturais em materiais semelhantes ao plástico. O aluno de Kumar, Ankarao Kalluri '23 Ph.D., trabalhou neste projeto.

As proteínas possuem “grupos reatores” em suas superfícies que podem reagir com substâncias com as quais entram em contato. Usando seu conhecimento de como esses grupos funcionam, Kumar e sua equipe usaram uma ligação química para unir moléculas de proteínas.

Este processo cria um dímero – uma molécula composta por duas proteínas. A partir daí, o dímero é unido a outro dímero para criar o tetrâmero e assim por diante até se tornar uma grande molécula 3D. Este aspecto 3D da tecnologia é único, uma vez que a maioria dos polímeros sintéticos são cadeias lineares.

Esta nova estrutura 3D permite que o novo polímero se comporte como um plástico. Assim como as proteínas que o compõem, o material pode esticar, mudar de forma e dobrar-se. Assim, o material pode ser adaptado através da química para uma variedade de aplicações específicas.

Ao contrário dos polímeros sintéticos, como o material de Kumar é feito de proteínas e de uma substância química de ligação biológica, ele pode ser biodegradável, assim como as proteínas vegetais e animais fazem naturalmente.

“A natureza degrada as proteínas destruindo as ligações amida que nelas existem”, diz Kumar. "Tem enzimas para lidar com esse tipo de química. Temos as mesmas ligações amida em nossos materiais. Portanto, as mesmas enzimas que funcionam na biologia também deveriam funcionar neste material e biodegradá-lo naturalmente."

No laboratório, a equipe descobriu que o material se degrada em poucos dias em solução ácida. Agora, eles estão investigando o que acontece se enterrarem esse material no solo, que é o destino de muitos plásticos pós-consumo.

Eles demonstraram que o material à base de proteína pode formar uma variedade de produtos semelhantes ao plástico, incluindo tampas de xícaras de café e finas películas transparentes. Também pode ser usado para fazer telhas resistentes ao fogo ou materiais de alta qualidade, como portas de carros, pontas de cone de foguete ou válvulas cardíacas.

Os próximos passos desta tecnologia são continuar a testar as suas propriedades mecânicas, como resistência ou flexibilidade, bem como a toxicidade.

“Acho que precisamos ter consciência social de que não podemos lançar materiais tóxicos no meio ambiente”, diz Kumar. "Simplesmente não podemos. Temos que parar de fazer isso. E também não podemos usar materiais derivados de combustíveis fósseis."

A segunda tecnologia de Kumar utiliza um princípio semelhante, mas em vez de apenas proteínas, utiliza proteínas reforçadas com fibras naturais, especificamente algodão.

“Estamos criando muitos resíduos têxteis todos os anos devido à rápida mudança da indústria da moda”, diz Kumar. "Então por que não usar esses resíduos para criar materiais úteis – converter resíduos em riqueza."

Tal como os materiais proteicos semelhantes ao plástico (chamados "Proteios", derivados de palavras gregas originais), Kumar espera que os materiais compósitos feitos de proteínas e fibras naturais se biodegradem sem produzir resíduos tóxicos.

No laboratório, o ex-aluno de Kumar, o doutorando Adekeye Damilola, criou muitos objetos com compostos de tecido proteico, que incluem pequenos sapatos, mesas, flores e cadeiras. Este material contém fibras têxteis que servem como agente de ligação com as proteínas, em vez do produto químico de reticulação que Kumar usa para os plásticos à base de proteínas.

A reticulação fornece ao novo material a resistência necessária para suportar o peso que seria colocado em algo como uma cadeira ou mesa. A afinidade natural entre fibras e proteínas é a razão pela qual é tão difícil tirar manchas de comida das roupas. Essa mesma atração produz materiais de tecido proteico fortes.

Embora a equipe de Kumar só tenha trabalhado com algodão até agora, eles esperam que outros materiais de fibra, como fibras de cânhamo ou juta, se comportem de forma semelhante devido às suas propriedades químicas inerentes, mas comuns, ao algodão.

“A proteína adere naturalmente à superfície da proteína”, diz Kumar. “Usamos esse entendimento para dizer 'Ei, se ele se liga tão bem ao algodão, por que não fazemos dele um material?' E funciona, funciona incrivelmente."

Fornecido pela Universidade de Connecticut