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Pesquisadores da Delft University of Technology e University of Rochester desenvolveram uma bioimpressora capaz de produzir um novo tipo de material composto de algas e que tem aplicações em diversos setores, como em energia, medicina, moda e até mesmo na exploração espacial (Figura 1).
Para criar esse material, a estratégia do grupo foi depositar uma biotinta composta de alginato de sódio e microalgas em cima de um substrato composto de celulose bacteriana e cloreto de cálcio, resultando em uma rede, onde as microalgas ficam imobilizadas (Figura 2). A celulose bacteriana é um composto orgânico produzido pelas bactérias e possui importantes propriedades mecânicas incluindo: Flexibilidade, dureza, resistência e capacidade de reter sua forma, mesmo quando torcida ou esmagada.
A combinação de componentes vivos (microalgas) e não vivos (celulose bacteriana), resultou em um material único, que possui a qualidade fotossintética das algas e a robustez da celulose bacteriana
Esse novo material foi capaz de ser bioimpresso tanto em mono quanto em múltiplas camadas, em diversas geometrias e tamanhos diferentes, sem perder a sua capacidade fotossintética (Figura 3).
O material também foi capaz de suportar distorções físicas e ser resistente a imersão em água, dados estes que indicam a sua estabilidade. As algas apresentaram alta viabilidade por até 1 mês e, mesmo sem nenhum nutriente sendo fornecido, as algas bioimpressas conseguiram se manter viáveis por até 3 dias. Além de todas essas qualidades, também foi visto que as algas bioimpressas em cima do substrato de celulose podiam ser desprendidas e reconectadas a uma nova superfície fresca, retendo seu poder adesivo, aumentando ainda mais a durabilidade do material (figura 4).
Aplicações: Biofabricando folhas artificias com capacidade fotossintética e autossustentável através da Bioimpressão 3D
As características únicas do material bioimpresso o tornam um candidato ideal para uma variedade de aplicações, incluindo novos produtos, como folhas artificiais. As folhas artificiais são materiais que imitam as folhas reais. Elas usam a luz do sol para converter água e dióxido de carbono em oxigênio e energia, assim como as “folhas reais” durante a fotossíntese.
As folhas artificiais, portanto, oferecem uma maneira de produzir energia sustentável em lugares onde as plantas não crescem bem, trazendo benefícios para diversos locais tanto na terra quanto fora dela, como em viagens espaciais. Com a tecnologia desenvolvida, foi possível produzir essas folhas em macro escala (22 cm x 12 cm, fig 5), com alta resolução e em padrões espacialmente definidos.
Uma outra vantagem do material bioimpresso, é que para a sua produção não é necessário nenhum método químico tóxico, pelo contrário, o material desenvolvido pelos pesquisadores é composto totalmente de materiais ecológicos, possibilitando a sua fabricação e manipulação sem agredir o ambiente, animais e seres humanos.
Devido as suas características: Material vivo, fotossintético e autossustentável, outras aplicações como purificador de ar, fixando dióxido de carbono e liberando oxigênio, assim como no tratamento de águas residuais, prendendo os metais pesados e poluentes, também podem ser considerados como futuras aplicações.
Bioimpressão inspirada em folhas: Você sabia dessa?
Pesquisadores europeus, utilizando a Bioimpressão, conseguiram desenvolver um sistema vascularizado, utilizando como inspiração a vasculatura de folhas!
Para mimetizar os canais - similares a vasculatura da folha - o hidrogel Pluronic F-127 foi utilizado. A composição da folha em si, foi bioimpressa com uma mistura de nanocelulose, alginato e cloreto de cálcio. A folha artificial foi biofabricada com tamanho de 20 × 8 × 3 mm ou 35 × 18 × 3 mm (comprimento × largura × altura) com um canal principal conectado a vários canais laterais.
Após a Bioimpressão dessas folhas, os cientisras adicionaram células endoteliais nos canais. O intuito desse estudo foi mimetizar a vasculatura da folha, para criar micro tecidos vascularizados. Os resultados obtidos demonstraram uma boa viabilidade celular e estabilidade das folhas artificiais. Os pesquisadores acreditam que essas folhas artificiais bioimpressas poderiam atuar como modelos de estudo para vasculogênese, por exemplo.
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Referências
BALASUBRAMANIAN, Srikkanth; YU, Kui; MEYER, Anne S.; KARANA, Elvin; AUBIN‐TAM, Marie‐Eve. Bioprinting of Regenerative Photosynthetic Living Materials. Advanced Functional Materials, [S.L.], p. 2011162, 29 abr. 2021. Wiley. http://dx.doi.org/10.1002/adfm.202011162.
SÄMFORS, Sanna; NIEMI, Essi M.; OSKARSDOTTER, Kristin; EGEA, Claudia Villar; MARK, Andreas; SCHOLZ, Hanne; GATENHOLM, Paul. Design and biofabrication of a leaf-inspired vascularized cell-delivery device. Bioprinting, [S.L.], v. 26, p. 1-13, jun. 2022. Elsevier BV. http://dx.doi.org/10.1016/j.bprint.2022.e00199.