Lá em 2017, o Profissão Biotec já sabia que a nanotecnologia seria tendência. Também falamos um pouco das coisas boas que acontecem quando a biotecnologia e a nanotecnologia se encontram. Nesse mundo nanométrico (10-9 ou bilionésimo de 1 metro), as nanofibras sintetizadas pela técnica de electrospinning têm se destacado como materiais unidimensionais (1D) com aplicações em muitas áreas, entre elas a engenharia biomédica, energia e ambiental. A produção controlada da estrutura pela técnica é que torna esses nanomateriais tão versáteis.
Como funciona o equipamento de electrospinning?
O electrospinning é uma das técnicas mais eficientes para produzir nanofibras poliméricas. O equipamento, que leva o mesmo nome da técnica, é composto por uma bomba, uma seringa (onde é colocada uma solução polimérica) com uma agulha (capilar) e um coletor metálico (Figura 2). O campo elétrico aplicado entre a ponta do capilar e o coletor induzem uma carga elétrica na solução, que gera repulsão eletrostática. Quando o campo elétrico supera a tensão superficial da solução, forma-se um jato polimérico, que se torna mais fino em consequência da evaporação do solvente, ocorrendo a formação das fibras. Na ponta do capilar, se forma uma gota de solução de forma cônica chamada de cone de Taylor.
Dependendo do valor do campo elétrico, da distância entre o capilar e coletor, da taxa de alimentação da solução,da concentração do polímero, da temperatura e da umidade do ambiente, as fibras podem ser mais finas, longas e porosas. O interessante dessa técnica é que ela não utiliza pressão e temperatura como parâmetros, o que reduz o gasto energético e amplia seu uso para materiais mais sensíveis. Além disso, diversos tipos de polímeros, sintéticos ou biológicos, podem ser utilizados para produção das nanofibras.
Aplicações das nanofibras
Ambiental:
Os nanomateriais apresentam elevado potencial para remoção de poluentes, devido às propriedades físicas como: elevada porosidade, grande área superficial e dimensões reduzidas. As membranas filtrantes têm sido desenvolvidas para a purificação do ar (partículas inferiores a 1,2 µm são uma ameaça à função pulmonar humana) e remoção/separação de poluentes (óleo, metais, impurezas) da água.
Energia:
Novos materiais componentes de dispositivos de geração, conversão e armazenamento de energia podem ser projetados e fabricados por electrospinning. Em baterias, supercapacitores e células solares, as nanofibras podem servir como uma estrada de elétrons na direção axial, reduzindo a distância de transporte e melhorando a capacidade de coleta do transportador.
Alimentos:
As embalagens ativas desenvolvidas a partir de nanofibras e biocompostos podem prolongar a vida de prateleira por inibir a degradação do produto alimentício. Em geral, nessa indústria são utilizados celulose, quitosana, gelatina, entre outros biopolímeros devido à biocompatibilidade, elevada segurança e biodegradabilidade.
Biomédica:
Os scaffolds (suportes, tradução livre) constituídos de nanofibras antibacterianas têm potencial para tratamento de infecções, atuando como reservatórios de fármacos com liberação controlada no local, diminuindo riscos de contaminação. Também podem ser aplicadas na regeneração tecidual, melhorando o crescimento celular na superfície onde são aplicadas.
Perspectivas futuras
A empresa catalã Zonair 3D foi pioneira em usar nanofibras para combater o COVID. Os purificadores de ar desenvolvidos pela empresa utilizam nanofibras com íons de zinco que desativam o vírus do COVID, bloqueando sua capacidade de dispersão pelo ar. Além disso, a emprea se tornou distribuidora autorizada das máscaras Proveil, que incorporam a tecnologia com nanofibras.
Os pesquisadores da Universidade Flinders iniciaram em 2022 o processo de produção e venda de roupas de mergulho resistente a mordidas de tubarão, fabricadas com nanofibras de polietileno que fornecem uma relação resistência/peso 50% maior em comparação com outros materiais. Os desenvolvedores da roupa contam que o tecido pode suportar a força considerável de uma mordida, ao mesmo tempo em que impede perfurações do tamanho de um alfinete.
Centenas de patentes e publicações podem ser encontradas quanto à materiais produzidos com nanofibras eletrofiadas. Filtros de água e ar, membranas e dispositivos biomédicos (diagnóstico, tratamento e prevenção de doenças) ainda são as maiores tendências de aplicação dessas nanoestruturas.
Melhorias de processo que visam aumentar a velocidade de eletrofiação, conferir maior resistência da “teia” formada e controlar as características das nanofibras eletrofiadas (tamanho, orientação e porosidade) são os principais desafios para futuras aplicações.
Além disso, a colaboração entre instituições de pesquisa e indústrias pode acelerar a produção em larga escala e reduzir os custos de aplicação que ainda são um obstáculo para a difusão dos nanomateriais.
Cite este artigo:
CARDIAS, B. B. Aplicações biotecnológicas de nanofibras produzidas por electrospinning. Revista Blog do Profissão Biotec, v.9, 2022. Disponível em: <https://profissaobiotec.com.br/aplicacoes-biotecnologicas-nanofibras-produzidas-electrospinnig/>. Acesso em: dd/mm/aaaa.
Referências
BAGHALI, Mitra; JAYATHILAKA, W. A. D. M.; RAMAKRISHNA, Seeram. The role of electrospun nanomaterials in the future of energy and environment. Materials, v. 14, n. 3, p. 558, 2021.
BOSE, Priyom. Development of Nano-Skin to Prevent Post-Operative Adhesion. 2022. Disponível em: https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=39612. Acesso em: 30 ago. 2022.
HUSSAIN, Ahmed. Applications of Electrospun Nanofibers in Food Analysis. 2022. Disponível em: https://www.azonano.com/article.aspx?ArticleID=6185. Acesso em: 30 ago. 2022.
KUGARAJAH, Vaidhegi et al. Future applications of electrospun nanofibers in pressure driven water treatment: A brief review and research update. Journal of Environmental Chemical Engineering, v. 9, n. 2, p. 105107, 2021.
PAVINATTO, A. et al. Nanofibras eletrofiadas de PVP/quitosana/óxido de grafeno reduzido para aplicação em biossensores. IX Workshop de Nanotecnologia Aplicada ao Agronegócio. Embrapa Instrumentação, São Carlos-SP. 2017.
TAGHIYAR, Hamid; YADOLLAHI, Bahram; KAJANI, Abolghasem Abbasi. Controlled drug delivery and cell adhesion for bone tissue regeneration by Keplerate polyoxometalate (Mo132)/metronidazole/PMMA scaffolds. Scientific Reports, v. 12, n. 1, p. 1-12, 2022.
TOPCU, Betul et al. Current approaches and future prospects of nanofibers: a special focus on antimicrobial drug delivery. Journal of Drug Targeting, v. 29, n. 6, p. 563-575, 2021.
Fonte da imagem destacada: Robert Lamberts, The New Zealand Institute for Plant & Food Research Limited.
