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Músculos artificiais de proteínas naturais

15.02.2022

Um grupo de pesquisadores da Universidade de Freiburg conseguiu desenvolver músculos artificiais que usam processos naturais do corpo. Os cientistas demonstraram um músculo flexor autônomo que se move consumindo combustível químico, semelhante aos seus homólogos em humanos ou animais.

Nosso músculo artificial ainda é um protótipo. No entanto, a alta biocompatibilidade do material e a capacidade de ajustar sua composição para atender tecidos específicos e aplicações tecnológicas podem abrir caminho para futuras aplicações em medicina reconstrutiva, próteses, produtos farmacêuticos ou robótica leve, diz Steven Schiller.

No passado, os cientistas usaram proteínas naturais para construir sistemas musculares artificiais, incorporando-os em pequenas máquinas moleculares ou polímeros. No entanto, eles não conseguiram desenvolver músculos sintéticos completamente biológicos.

A proteína natural usada pela equipe de Freiburg é baseada em uma proteína fibrosa natural chamada elastina. Pesquisadores desenvolveram duas proteínas sintéticas semelhantes à elastina, uma das quais responde às flutuações na acidez do ambiente e a outra às mudanças de temperatura.

Os cientistas combinaram as duas proteínas usando reticulação fotoquímica para formar um material em camadas que pode ser facilmente moldado para direcionar seu movimento. Eles então conseguiram induzir contrações rítmicas usando uma fonte de combustível químico, sulfito de sódio. Em uma reação química oscilatória, na qual a acidez muda em ciclos devido à relação especial de várias reações, a energia adicionada foi convertida em energia mecânica.

Assim, os pesquisadores fizeram o material encolher ciclicamente de forma autônoma. Eles também podem ativar e desativar as contrações alterando a temperatura. Nesse caso, era possível programar determinados estados do material e redefini-los novamente com outro estímulo. Assim, os cientistas criaram um sistema simples para a implementação de "aprender e esquecer" no nível material.

Por ser derivado da proteína elastina natural e produzido por meios biotecnológicos, nosso material é altamente resistente, o que também é relevante para aplicações técnicas, explica Schiller.
No futuro, o material poderá ser modificado para responder a outros estímulos, como eletricidade, concentração de sal no ambiente e consumir outras fontes de energia, como biomassa. Estamos em uma posição em que podemos desenvolver conceitos de material protéico que imitam funções biológicas complexas, mesmo em relação à memória e ao aprendizado”, concluiu Schiller.

No futuro, os cientistas prevêem a criação de materiais proteicos que usem ATP, a "moeda" trocada entre as células, para permitir novas abordagens em aplicações biomédicas, como regeneração de tecidos e uma nova geração de robôs nanotecnológicos para fornecer medicamentos a órgãos humanos.

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Solidificação de substâncias a granel 30.04.2024

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Reciclagem de plástico em grafeno com liberação de hidrogênio puro 13.09.2023

O problema da poluição ambiental proveniente de resíduos plásticos continua a exigir novas soluções, motivando cientistas de todo o mundo a procurar formas inovadoras de combater esta ameaça ambiental. No entanto, e se o plástico pudesse ser transformado num recurso valioso e não apenas num desperdício? Esta questão permanece em aberto, mas cientistas da Universidade Rice, nos EUA, estão a propor uma solução única que poderá mudar a indústria do plástico e torná-la mais sustentável do ponto de vista ambiental.

Uma equipe de cientistas do Departamento de Ciência de Materiais e Nanoengenharia da Universidade Rice desenvolveu uma tecnologia para converter resíduos de plástico em grafeno valioso, liberando hidrogênio puro no processo. O hidrogénio é considerado um dos potenciais combustíveis do futuro, uma vez que a sua combustão pode fornecer elevados níveis de energia e produzir apenas água comum como subproduto. Isto torna o hidrogénio mais limpo do que o petróleo refinado e mais conveniente como combustível para veículos do que as baterias eléctricas, que requerem uma carga longa.

Note-se que o hidrogénio já é utilizado na indústria, mas os métodos atuais de produção envolvem emissões de dióxido de carbono, e por cada tonelada de hidrogénio são produzidas 10 a 12 toneladas de dióxido de carbono.

O novo método desenvolvido pelos cientistas envolve uma tecnologia conhecida como “aquecimento Joule pulsado”. Ao passar um curto pulso elétrico pelo plástico, que aquece instantaneamente até 2,5 mil graus Celsius devido à resistência da corrente, os átomos de carbono se ligam à estrutura do grafeno e os átomos de hidrogênio são liberados na forma de gás puro.

Apesar da necessidade de reduzir ainda mais o custo de produção, este método tem potencial para mudar o jogo, permitindo uma reciclagem mais eficiente de resíduos plásticos, a produção de hidrogénio verde e a criação de grafeno, que no mercado custa entre 60 mil e 200 mil dólares. por tonelada.

Kevin Vis, um dos autores e químico, disse: "Nosso método reduz as emissões de CO2 e de gases de efeito estufa da produção de hidrogênio em 84% em comparação com os métodos industriais existentes de reforma do metano a vapor." Esta abordagem pode ser a chave para uma gestão futura de energia e resíduos plásticos mais limpa e sustentável.

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