p No filme Vingadores:Guerra do Infinito , uma das cenas mais legais ocorre quando o Homem de Ferro ativa sua armadura nanotecnológica. Na vida real, desenvolver uma técnica para montar nanomateriais em materiais macroscópicos a granel que mantenham suas propriedades nanoescala exclusivas continua sendo uma tarefa desafiadora. Este problema também dificulta a aplicação industrial prática de nanomateriais. p Uma solução possível é fornecer um esqueleto que possa manter os nanomateriais individuais juntos e, assim, construir nanocompósitos funcionais em massa, assim como as barras de reforço de aço em concreto armado. Entre vários candidatos, nanofibrilas de celulose bacteriana (BC), um dos biomateriais mais abundantes que podem ser produzidos em grandes quantidades a baixo custo via fermentação bacteriana, são preferidos pelos cientistas não apenas pela alta resistência à tração comparável ao aço e Kevlar, mas também para a robusta rede de nanofibras 3-D que eles formam. Contudo, o processo convencional de fabricação de nanocompósitos BC requer a desintegração de tal estrutura de rede 3-D, o que prejudica seriamente as propriedades mecânicas dos nanocompósitos construídos. O objetivo dos pesquisadores é incorporar blocos de construção em nanoescala em uma matriz BC, preservando a estrutura de rede 3-D do BC.

p Em resposta a este desafio, os pesquisadores liderados pelo Professor YU Shu-Hong da Universidade de Ciência e Tecnologia da China (USTC) desenvolveram recentemente uma estratégia de biossíntese geral e escalável, que envolve o crescimento simultâneo de nanofibrilas de celulose por meio de fermentação microbiana e co-deposição de vários tipos de blocos de construção em nanoescala (NBBs) por meio de alimentação por aerossol (a pulverização intermitente de nutrientes líquidos e suspensão de NBBs) em substratos de cultura sólidos. Em comparação com a fermentação estática em nutrientes líquidos dispersos com NBBs, este método supera a limitação de difusão de unidades em nanoescala do meio líquido inferior para a camada superficial superior de BC recém-crescido, produzindo com sucesso uma série de nanocompósitos uniformes compostos de BC e blocos de construção em nanoescala de diferentes dimensões, formas, e tamanhos. O método pode ser facilmente ampliado para potenciais aplicações industriais usando grandes reatores e aumentando o número de bicos.

p Graças à distribuição uniforme de NBBs nos nanocompósitos biossintetizados, os pesquisadores foram capazes de ajustar o conteúdo de nanotubos de carbono (CNTs) em uma ampla faixa de 1,5% em peso a 75% em peso, alterando a concentração das suspensões de CNTs. Observe que o método de fabricação convencional para nanocompósitos de CNTs que requer a mistura de dispersões de CNTs com soluções de polímero é aplicável apenas para preparar nanocompósitos de polímero com baixo CNTs ( <10% em peso), uma vez que é extremamente difícil dispersar de forma homogênea CNTs de alta concentração em hospedeiros poliméricos.

p Para demonstrar ainda mais as vantagens da estratégia de biossíntese para a preparação de nanocompósitos mecanicamente reforçados, Filmes nanocompósitos de CNTs / BC também foram preparados para comparação por mistura de CNTs e suspensões de BC desintegradas. Tanto a resistência à tração quanto o módulo de Young dos nanocompósitos de CNTs / BC biossintetizados foram notavelmente maiores do que as amostras misturadas. Como resultado, os nanocompósitos de CNTs / BC biossintetizados alcançam uma resistência mecânica e condutividade elétrica extremamente altas, que é de importância crucial para a aplicação prática. nanocompósitos. Aerossóis de nutrientes líquidos e suspensões de blocos de construção em nanoescala foram alimentados no biorreator com ar comprimido filtrado, que era controlado por um sistema de controle automático. b para d, Ilustração esquemática da formação de nanocompósitos uniformes baseados em BC com nanopartículas 0D, Nanotubos ou nanofios 1D, e nanofolhas 2-D. e, Fotografia de uma película de CNTs / BC de grande porte com volume de 800 × 800 × 8 mm3. f, Comparação da resistência à tração de nanocompósitos CNTs / BC biossintetizados com nanocompósitos combinados de CNTs / BC. g, Condutividade elétrica dos filmes de CNTs / BC em função do volume e fração de peso dos CNTs. Reproduzido com permissão da Oxford University Press.

p "Apesar de estarmos atualmente nos concentrando em aerogéis nanocompósitos à base de CNT e filmes neste trabalho, todas as películas biossintetizadas podem ser convertidas em nanocompósitos em massa funcionais correspondentes. ", diz GUAN Qing-Fang, o primeiro autor deste trabalho. Por exemplo, os filmes nanocompósitos de Fe3O4 / BC biossintetizados exibiram comportamento superparamagnético e alta resistência à tração, que se espera que sejam úteis em vários campos, como atuadores eletromagnéticos, dispositivos microfluídicos inteligentes, e biomedicina. "Ao atualizar a linha de produção de última geração que produz películas de celulose bacteriana pura, a produção em escala industrial desses materiais nanocompósitos a granel para aplicações práticas pode ser esperada em um futuro próximo. ", os pesquisadores fornecem uma perspectiva positiva.