Salvinia molesta. Crédito da foto: Wikimedia Commons.
Durante anos, os cientistas inspiraram-se na natureza para encontrar soluções para problemas complicados, até mesmo vazamentos de petróleo – desastres provocados pelo homem com conseqüências ambientais e econômicas devastadoras. Um novo estudo da USC (Universidade do Sul da Califórnia) inspira-se em estrutura de folhas para fabricação de um material que pode separar o óleo e a água e pode levar a métodos mais seguros e eficientes de limpeza de derramamentos de óleo.
Além disso, o material é capaz de “manipular microgotas” ou a transferir pequenos volumes de líquido. A microfluídica baseada em gotas é uma ferramenta usada em várias aplicações, como culturas de células, síntese química e sequenciamento de DNA. [O leitor pode ter mais informações sobre microfluídica de gotas clicando aqui].
Usando a técnica de impressão 3D, o Professor Associado Yong Chen e sua equipe de pesquisa na Escola de Engenharia Industrial e de Sistemas Daniel J. Epstein imitaram com sucesso um fenômeno biológico em folhas de plantas chamado “Salvinia effect” [Efeito Salvinia, em tradução livre]. O estudo se concentra em uma planta aquática, flutuante, nativa do sudeste do Brasil chamada Salvinia molesta. As folhas dessa planta são super-hidrofóbicas, ou seja, “temem a água” e retêm uma bolsa de ar circundante quando submersas em água devido à presença de pelos resistentes à água.
Estrutura repelente da água
Em um nível microscópico, os pelos das folhas se alinham em uma estrutura que lembra um batedor de ovos ou um batedor de cozinha. Chen explica que a superfície da folha da Salvinia é formada pela chamada estrutura “batedora de ovos”, que é super-hidrofóbica.
Protótipo impresso em 3D da estrutura hidrofóbica. Crédito: YANG YANG
Utilizando um método chamado impressão 3D de acumulação de superfície imersa (impressão ISA-3D), a equipe de pesquisa criou com sucesso a microestrutura batedora de ovos em amostras feitas de plástico e nanotubos de carbono. Chen explica que o método permitiu à equipe demonstrar a fabricação de um material com propriedades super-hidrofóbicas e oleofílicas (absorção de óleo) que, quando combinadas, geram forças capilares capazes de uma separação altamente eficiente de óleo e água.
“Tentamos criar uma textura de superfície funcional que seria capaz de separar o óleo da água”, disse Chen. “Basicamente, modificamos a superfície dos materiais usando uma abordagem de impressão 3D que nos ajudou a alcançar algumas propriedades de superfície interessantes”.
A equipe imprimiu um protótipo em 3D, citando uma crescente demanda por materiais que podem separar as misturas de óleo e água eficientemente em vastos corpos de água. Eventualmente, eles esperam que a tecnologia possa ser aplicada para fabricar materiais em larga escala para serem utilizados em grandes derramamentos de óleo no oceano. Os métodos atuais requerem uma tremenda energia na forma de um campo elétrico ou pressão aplicada mecanicamente.
Aplicação em microfluídica
O efeito Salvinia também tem potencial para ser utilizado em manipulação de líquidos que executa a “manipulação de microgotas”. A técnica pode ser aplicada de várias maneiras, algumas das quais incluem microrreatores baseados em gotas, síntese de nanopartículas, engenharia de tecidos, descoberta de novos medicamentos e monitoramento de entrega de medicamentos.
Xiangjia Li, estudante de doutorado na equipe de Chen e co-primeira autora do estudo, diz que um exemplo de manipulação de microgotas de alto desempenho poderia levar a análises sanguíneas mais eficientes para os pacientes. Um braço robótico pode se mover para diferentes estações e distribuir microgotas de sangue que são então uniformemente misturadas com diferentes produtos químicos para vários testes. Além disso, os testes podem ser projetados para controlar a proporção do produto químico para a gota e resultar em uma conservação significativa dos materiais de origem e reagentes químicos.
“Você pode ter um braço robótico com uma pinça feita para imitar o efeito Salvinia”, disse Li. “Não importa o caminho que você move o braço, a força de agarrar é tão grande que uma gota vai ficar ligada.”
A equipe produziu um vídeo ilustrando a tecnologia:
Referência do estudo
Yang Yang, Xiangjia Li, Xuan Zheng, Zeyu Chen, Qifa Zhou, Yong Chen. 3D-Printed Biomimetic Super-Hydrophobic Structure for Microdroplet Manipulation and Oil/Water Separation. Advanced Materials, 2018; 30 (9): 1704912 DOI: 10.1002/adma.201704912
Fonte: Materiais fornecidos pela Universidade do Sul da Califórnia. Nota: O conteúdo foi traduzido e editado para estilo e tamanho.
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