"Viver concreto" é um primeiro passo interessante

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Pequenos frascos de líquido verde em uma bancada de laboratório perto de um arco cor de areia.
Prolongar / As cianobactérias nos frascos contribuem para a estrutura à direita.

Cell Press

Parece que toda semana eu posso escrever um artigo sobre uma ciência interessante que acabou enterrada sob manchetes hiperbólicas e cobertura excessivamente credível. A vítima desta semana é "concreto vivo. "Existe apenas uma espécie, na medida em que o material pode ser vivo ou concreto, mas não realmente os dois. Também não se cura. Mas nada disso significa que a publicação não tenha mérito, pois mostra que o conceito mais ou menos obras e identifica várias áreas que precisam de mais estudos para que o "concreto vivo" se torne realmente útil.

La vida Concrete

A idéia de misturar coisas vivas e concreto não é tão estranha quanto parece. Parte da resistência do concreto vem dos carbonatos que são formados durante o processo de cura. Muitos seres vivos também produzem estruturas feitas de carbonatos; estes incluem algumas estruturas muito robustas que são uma mistura de proteínas e carbonatos, como as conchas de muitos animais aquáticos.

Como tal, tem havido muita pesquisa na periferia do concreto estrutural que envolve biologia. Isso envolveu muito trabalho na tentativa de descobrir como as conchas dos seres vivos obtêm algumas de suas propriedades impressionantes. Mas também está incluída a ideia de que os seres vivos podem formar carbonatos estruturais, incluindo algumas tentativas de fabricar concreto que se autocura, graças à presença de micróbios produtores de carbonato nele incorporados.

O problema aqui é que o ambiente de concreto não é especialmente compatível com qualquer coisa que permaneça viva. A configuração inicial do concreto libera muito calor e o pH permanece muito alto por muito tempo após a aplicação do concreto. Portanto, todas essas tentativas envolveram encontrar uma maneira de proteger a parte "viva" das coisas da parte "concreta".

O novo trabalho, realizado por uma equipe da Universidade do Colorado em Boulder, evita totalmente a questão concreta. Em vez disso, tenta fazer dos carbonatos produzidos pelos seres vivos um dos principais componentes estruturais de seu material. Funciona, mas não de maneira especialmente brilhante.

Está vivo!

O primeiro passo em que os autores se concentraram foi encontrar o organismo certo para produzir os carbonatos. Idealmente, eles querem algo que não precise de muito cuidado – algo que eles podem simplesmente montar em seu material e ignorar por um tempo. Eles se instalam em uma espécie de bactéria fotossintética chamada Synechococcus, um tipo de cianobactéria. Isso tem a vantagem de não precisar de nenhuma fonte especial de carbono para produzir carbonato, uma vez que obtém o que precisa ao retirar o dióxido de carbono do ar. As cianobactérias também tendem a viver em ambientes aquáticos, e muitas espécies são hábeis em extrair o que precisam para sobreviver em um ambiente escasso.

O concreto é normalmente uma mistura de material de ligação e preenchimento estrutural. O concreto vivo não era diferente. Para o preenchimento, os pesquisadores usaram um material barato: areia.

Isso deixou um grande desafio. A formação de carbonatos é um processo lento, de modo que as cianobactérias não teriam nenhum papel estrutural por um tempo depois de colocadas na areia. Então, como você mantém o material unido por tempo suficiente para formar os carbonatos? A resposta que eles escolheram foi simples e definitivamente compatível biologicamente: gelatina, o material usado para fazer alimentos macios e gelatinosos.

Os pesquisadores misturaram a gelatina e as bactérias e suspenderam a areia na mistura. Isso foi suficiente para manter estruturas simples por tempo suficiente para que as cianobactérias pudessem começar a formar carbonatos.

Enquanto a mistura fosse mantida a uma umidade ambiente de 50% ou mais, a gelatina absorveria água suficiente para manter um hidrogel que sustentasse a vida bacteriana por pelo menos uma semana. A atividade metabólica das cianobactérias também pode ser ajustada através da temperatura. Mantidos logo acima do congelamento, e as bactérias viveriam mais, mas não depositariam muito carbonato. Aqueça as coisas acima da temperatura ambiente e haveria mais carbonato, mas a sobrevivência diminuiu.

Contanto que o suficiente tenha sido feito para manter alguns dos bichos vivos, os autores mostraram que era possível extrair algumas das cianobactérias de uma estrutura e usá-las para inocular uma nova. E você pode continuar esse processo por pelo menos três gerações de estruturas. (Possivelmente mais, mas você precisa parar e escrever o papel em algum momento.)

Então, por que isso não é emocionante?

O grande problema aqui é que, desde que a gelatina seja mantida hidratada, o material é literalmente mantido junto com a gelatina. As cianobactérias simplesmente não produzem carbonato suficiente dentro de uma semana para dar ao "concreto" o tipo de resistência do material que associamos ao concreto real. Para fazer melhor, você realmente precisa secar tudo, matando as bactérias no processo. À medida que a gelatina seca, forma uma malha de proteína misturada com o carbonato de cálcio formado pelas cianobactérias (que é uma mistura de calcita e gesso). Isso une a areia, formando uma estrutura robusta.

É por isso que o material pode ser vivo ou concreto, mas não os dois ao mesmo tempo. É também por isso que não é realmente um material de autocura. Ele pode se auto-curar, mas somente se for mantido em um estado flexível e gelatinoso.

Uma malha de gelatina seca ao redor da areia seria um material bastante robusto. Mas a presença das cianobactérias melhorou sua resistência à fratura em mais de 15%. Ele também resistia à compressão, além de um cimento de baixa qualidade, embora isso se devesse principalmente à areia na mistura. De qualquer forma, a presença de cianobactérias tornou o material mais robusto que a gelatina sozinha. Nenhum desses números é especialmente impressionante, mas é inteiramente possível que a quantidade de carbonato continue aumentando com o tempo e a resistência do material seco.

De fato, a maior parte desse trabalho se desdobra em um conjunto de possibilidades. Pode ser possível selecionar as cianobactérias para que evolua uma maior tolerância a condições mais secas e, assim, elas permaneçam mais tempo dentro do material solidificante. O que poderíamos potencialmente melhorar é a produção de carbonatos, para que mais material seja produzido enquanto as cianobactérias estão vivas. Poderíamos substituir a gelatina por um material que forme uma malha robusta enquanto os níveis de água ainda estão altos. Obviamente, tudo isso se baseia em um grande desconhecido: não sabemos se mais carbonato realmente melhorará a robustez do material.

Tudo isso faz do artigo um esforço inicial intrigante, que merece atenção. Mas os pesquisadores realmente precisam pensar mais sobre como estão apresentando um estudo preliminar como esse. A frase "concreto vivo" não existe em nenhum lugar do artigo – de fato, os autores afirmam que os novos materiais "não se destinam a substituir amplamente os materiais cimentícios". Mas a frase está no título do comunicado de imprensa que lançou todas essas manchetes. Os pesquisadores se referem a fazer "materiais de construção vivos" no artigo, mas não está claro o que exatamente poderia ser construído usando os materiais em seu estado atual de desenvolvimento.

Importam, 2020. DOI: 10.1016 / j.matt.2019.11.016 (Sobre os DOIs)

Fonte: Ars Technica