Materiais que morrem degradam-se após tempo de vida definido

Redação do Site Inovação Tecnológica 

Esse gel pode ser usado para manter alguma coisa - física ou química - em um determinado local ou posição, e depois se degradar naturalmente, liberando sua carga. [Imagem: Benedikt Rieb/TUM]

Natural versus sintético

Você já parou para pensar que a natureza não possui lixões, que tudo se degrada naturalmente com o passar do tempo - e um tempo geralmente muito curto?

E, em contraposição, que os materiais fabricados pelo homem tendem a durar o suficiente para se amontoarem e interferirem com a natureza?

Esta é uma das principais diferenças entre os materiais biológicos, ou vivos, e as substâncias artificiais, ou sintéticas. Em termos físicos, tudo é uma questão de diferença na "gestão de energia": os materiais feitos pelo homem estão em equilíbrio com o ambiente, o que significa que eles não trocam moléculas e energia, permanecendo como são por um tempo indefinido.

"Até agora, a maioria das substâncias artificiais são quimicamente muito estáveis: para decompô-las novamente em seus componentes é preciso gastar muita energia," explica o professor Job Boekhoven, da Universidade Técnica de Munique, na Alemanha, ressaltando que a reciclagem é a única opção que nos resta, mas que ela é energeticamente muito cara.

A natureza funciona de acordo com outro princípio: os materiais biológicos, desde as células, não estão energeticamente em equilíbrio com o meio ambiente. Eles exigem uma entrada constante de energia, na forma de alimento, água, luz do Sol etc, para sua construção, manutenção e reparo.

"A natureza não produz depósitos de lixo. Em vez disso, as células biológicas estão constantemente sintetizando novas moléculas a partir de moléculas recicladas. Algumas dessas moléculas se reúnem em estruturas maiores, os chamados conjuntos supramoleculares, que formam os componentes estruturais da célula. Esse conjunto dinâmico nos inspirou a desenvolver materiais que se descartam a si mesmos quando não são mais necessários," disse Boekhoven.

Materiais com tempo de vida

A boa notícia é que já está pronto o primeiro lote dessa nova classe de materiais supramoleculares, que se desintegram em um tempo predeterminado - uma característica que deverá ser usada em inúmeras aplicações.

Reunindo uma equipe de químicos, físicos e engenheiros, o trabalho baseou-se no modelo natural: os blocos de construção molecular são inicialmente livres para se movimentar, mas se for adicionada energia - na forma de moléculas - as estruturas supramoleculares se formam. Tão logo a energia se esgota, as estruturas supramoleculares se desintegram de forma autônoma, sem a necessidade de nenhuma ação externa.

Assim, a vida útil do material pode ser predefinida pela quantidade de combustível adicionada. As primeiras versões do material podem ser configuradas para se degradar de forma autônoma de alguns minutos até várias horas. Além disso, após um ciclo, o material degradado pode ser reutilizado simplesmente adicionando mais "alimento" - outro lote de moléculas de energia.

Estas primeiras versões das estruturas supramoleculares feitas pelo homem são diferentes tipos de anidridos que se juntam em coloides, hidrogéis ou tintas supramoleculares. Uma reação química em cadeia converte dicarboxilatos em anidridos metaestáveis graças ao consumo irreversível de carbodi-imida como combustível. Devido ao seu caráter metaestável, os anidridos hidrolizam para seus dicarboxilatos originais, com meias-vidas na faixa de segundos até vários minutos.

A equipe fabricou tintas com tempo de vida - elas se apagam quando sua vida termina, mas podem voltar a mostrar sua mensagem se receberem mais "alimento". [Imagem: Marta Tena-Solsona et al. - 10.1038/ncomms15895]

Fim do lixo?

Com base nesses avanços, será que já dá para pensar em construir máquinas supramoleculares ou telefones celulares que simplesmente desaparecerão quando não forem mais necessários?

"Isso pode não ser completamente impossível, mas ainda há um longo caminho a percorrer. Agora estamos trabalhando no básico," ressalta o professor Boekhoven.

Bibliografia:

Far-from-equilibrium supramolecular materials with a tunable lifetime
Marta Tena-Solsona, Benedikt Rieb, Raphael K. Grötsch, Franziska C. Löhrer, Caren Wanzke, Benjamin Käsdorf, Andreas R. Bausch, Peter Müller-Buschbaum, Oliver Lieleg, Job Boekhoven
Nature Communications
Vol.: 8, 15895
DOI: 10.1038/ncomms15895