Uma vez que uma fonte de água está contaminada, pode ser caro e difícil de remediar. Remédios naturais podem levar centenas de anos e ainda podem não remover com sucesso todos os contaminantes perigosos. Quando se trata de questões globais de saúde pública como essa, a necessidade de soluções novas e seguras é urgente. John Fortner está projetando soluções do zero para fazer exatamente isso.
Fortner, professor associado de engenharia química e ambiental, lidera um dos poucos laboratórios nos EUA que investigam a interseção entre ciência de materiais e engenharia ambiental. Lá, materiais sintetizados diretamente no laboratório, sejam nanopartículas magnéticas, compósitos à base de grafeno ou catalisadores hipertérmicos, são cuidadosamente projetados para tratar contaminantes em fontes de água.

Fortner sempre foi atraído para melhorar a saúde pública por meio de caminhos baseados no meio ambiente. Ele inicialmente considerou uma carreira na medicina quando descobriu o campo da engenharia ambiental.

“Fiz um curso de biorremediação e fiquei fascinado com a engenharia de sistemas biológicos para quebrar contaminantes in situ”, disse Fortner.

Na época, a pesquisa tradicional de engenharia ambiental se concentrava no uso de micróbios – organismos biológicos em escala microscópica – para degradar contaminantes em fluxos de águas residuais industriais. Depois de fazer cursos que uniram seu foco biológico com sistemas de engenharia aplicada, Fortner encontrou seu "encaixe" e logo mudou para engenharia ambiental.

Embora onipresente hoje, a pesquisa de nanomateriais é um campo relativamente novo. No final do século 20, o desenvolvimento de tecnologias avançadas de imagem permitiu aos cientistas estudar nanomateriais pela primeira vez. Em 1989, 15 anos após a criação do termo "nanociência", a primeira empresa de nanotecnologia começou a comercializar nanoestruturas. Em 2001, quando Fortner entrou na pós-graduação, os nanomateriais haviam sido industrializados em ciência da computação e engenharia biomédica.

Em comparação com seus equivalentes maiores, os nanomateriais têm vantagens, como capacidade de ajuste e/ou reatividade única, decorrentes de seus tamanhos incrivelmente pequenos e novas propriedades. Como diz Fortner, “os nanomateriais têm o potencial de fazer o que os materiais tradicionais simplesmente não conseguem”.

Em 1985, os químicos da Rice descobriram um novo alótropo de carbono - buckminsterfulereno (denominados fulerenos ou "buckyballs") - levando-os ao Prêmio Nobel de Química de 1996 e provocando um boom de nanotecnologia na Rice e além. Com isso, o Centro de Nanotecnologia Biológica e Ambiental, um centro de pesquisa financiado pela NSF, foi fundado em Rice quando Fortner iniciou seus estudos de pós-graduação. Lá, ele trabalhou com colaboradores para entender o comportamento dos nanomateriais no meio ambiente, com seu doutorado. tese focada em fulerenos em sistemas naturais. Na época, muito pouco se sabia sobre o assunto que levou a várias descobertas interessantes que sustentam o campo emergente da nanotecnologia ambiental.

"Na época, havia muito para explorar", disse Fortner. "Além de entender o comportamento fundamental dos nanomateriais no meio ambiente, ficou claro que havia oportunidades fantásticas para aplicar 'nano' a problemas ambientais críticos em detecção e tratamento (remediação de poluição) ... para ajudar a tornar a vida das pessoas mais saudável por meio de um ambiente melhor e mais limpo. "

Logo após a formatura, Fortner ingressou no corpo docente da Universidade de Washington em St. Louis, onde estudou os mecanismos fundamentais envolvidos com a síntese e reatividade de nanoestruturas. Ele estava particularmente interessado em entender como as nanopartículas degradam os contaminantes de forma diferente dos sistemas tradicionais e se as nanopartículas têm aplicações além da indústria da água.

Durante seu tempo na Universidade de Washington, ele foi membro do Centro Internacional de Energia, Meio Ambiente e Sustentabilidade, onde colaborou com outros pesquisadores para desenvolver nanotecnologias para uma variedade de aplicações, incluindo novas membranas de tratamento de água e tecnologias de detecção.

"Foi um lugar maravilhoso para iniciar uma carreira de pesquisa independente", disse Fortner. "Desenvolvi colaborações incríveis lá, o que me levou ainda mais ao lado fundamental da química e da ciência dos materiais."

Fortner ingressou no corpo docente do Departamento de Engenharia Química e Ambiental de Yale em 2019. No Fortner Lab, quase tudo é criado do zero:pesquisadores projetam e sintetizam nanopartículas, compostos multicomponentes e revestimentos funcionais associados para abordar questões ambientais relacionadas à água.

Uma de suas colaborações mais recentes gira em torno de contaminantes perfluoroalquil (PFAS), que são estruturas de carbono fluorado encontradas em vários produtos de consumo, desde embalagens de fast food até panelas de Teflon e espumas de combate a incêndios. Como esses produtos foram projetados para serem não reativos à maioria dos produtos químicos ou a altas temperaturas, os contaminantes PFAS não podem ser tratados usando processos convencionais de tratamento biológico. Para lidar com esses "produtos químicos eternos", o laboratório de Fortner, trabalhando com Kurt Pennell da Brown University e Natalie Capiro da Auburn University, projetou nanopartículas superparamagnéticas, que são especialmente revestidas com sorventes. Eles descobriram que quando essas nanopartículas projetadas são dispersas em uma fonte poluída, os contaminantes são atraídos para grupos funcionais específicos na molécula. As partículas, juntamente com os contaminantes, podem ser coletadas usando um campo magnético e o PFAS concentrado pode ser removido. Essa estratégia permite que grandes volumes de mídia sejam gerenciados de maneira direcionada e com eficiência energética.

"É incrível", disse Fortner. "Podemos absorver uma quantidade significativa de PFAS em uma partícula e simplesmente usar um ímã para removê-la. É uma boa maneira de 'pescar' para remover PFAS, ou outros contaminantes, de uma fonte de água poluída."

Comparado com outros laboratórios de pesquisa em Yale, o Fortner Lab é uma força pequena, mas poderosa. Atualmente seis Ph.D. os alunos são orientados por Fortner, além de dois pesquisadores de pós-doutorado. A pequena dimensão do grupo permite-lhe trabalhar individualmente com os alunos, permitindo-lhes uma verdadeira apropriação dos projetos de investigação. Susanna Maisto, Ph.D em Engenharia Ambiental do primeiro ano. estudante, descreve o grupo de pesquisa como "apoiador, acolhedor e colaborativo".

"O Dr. Fortner tem um ótimo estilo de orientação; sempre fornecendo qualquer suporte que você precise, mas nunca exagerando." disse Maisto. "Ele faz check-in com frequência para se certificar de que estamos prosperando dentro e fora do laboratório." + Explorar mais

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