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Produção de nanomateriais a partir de subprodutos

O que é a pesquisa?

São chamados subprodutos os resíduos ou produtos secundários derivados de processos industriais, agropecuários e florestais. O aproveitamento racional de subprodutos constitui uma etapa importante que deve ser avaliada durante a gestão de um negócio, pois tais elementos podem ser úteis e de importância econômica. Além disso, o acúmulo de resíduos na natureza, em especial o industrial, é uma das grandes fontes atuais de impactos ecológicos.

Dentre os setores que se beneficiam do uso de produtos secundários estão a bioenergia, a indústria alimentícia e a nanobiotecnologia. Essa última faz uso de componentes tais como o sangue, vísceras, penas, carapaças, escamas, pêlos e cornos provenientes da pecuária; e bagaços, folhas, fibras, cascas, palhas e outros resíduos vegetais provenientes da agricultura. O interesse nos materiais mencionados deve-se à riqueza de proteínas como hemoglobina, queratina e colágeno; polissacarídeos como a celulose e quitosana; e outros compostos como a lignina; assim como uma série de substâncias secundárias dos mais diferentes tipos. Além de fontes naturais de moléculas usadas para construir diversos tipos de nanoestruturas, tais resíduos também podem ser fontes de compostos químicos com propriedades antibióticas, pesticidas, antioxidantes, anticâncer, enzimáticas, dentre outras. Essas características podem ser voltadas para inúmeras aplicações em indústrias farmacêuticas, alimentícias, cosméticas e biomédicas.

A pesquisa desenvolvida pelo Laboratório de Nanobiotecnologia (LNANO), da Embrapa Recursos Genéticos e Biotecnologia (Cenargen), consiste em uma investigação das características físicas e químicas dos subprodutos agropecuários, florestais e industriais. Isso permitirá a seleção de moléculas de interesse para desenvolver novos produtos e processos nanobiotecnológicos com ênfase em conceitos de bioeconomia.

 

Figura 1 - Exemplo de biomassa coletada dos restos de atividades florestais. Crédito: Oregon Department of Forestry. Handful of biomass.

 

Como é feita a pesquisa?

A pesquisa foi elaborada com base nas duas principais vertentes da pesquisa em nanobiotecnologia, sendo ambas interligadas. A primeira consiste no uso de técnicas, tais como a microscopia de alta resolução, para investigar as propriedades da matéria e entender como ela se comporta na natureza. A segunda busca utilizar as informações adquiridas para desenvolver novos materiais e processos a serem empregados em todos os setores. A interação entre esses dois enfoques permite a compreensão de quais processos levam substâncias simples a se organizarem de maneiras complexas na natureza, e como esses eventos podem ser reproduzidos em laboratórios e indústrias para dar origem a produtos.

 

Figura 2 - À esquerda: os subprodutos das atividades florestais, industriais ou agropecuárias, sofrem processamento para que seus componentes sejam utilizados. À direita: as propriedades dos componentes biológicos obtidos são analisadas para avaliar a possibilidade de empregá-los na criação de nanossistemas. Crédito: Idaho National Laboratory. Bioprocessing (imagem à esquerda). Bioenergy (imagem à direita).

 

Dentre as várias tecnologias desenvolvidas a partir de modelos observados na natureza, destacam-se os sistemas de liberação controlada ou sustentada de ativos, assim como os nanomateriais desenvolvidos por rotas de síntese verde, também denominada nanotecnologia verde. Os primeiros consistem em estruturas que armazenam substâncias, geralmente drogas ou fármacos, e as liberam nas situações corretas ou no tempo certo dentro de um organismo. Direcionar medicamentos para áreas adequadas pode reduzir seus efeitos colaterais, pois chegarão aos seus alvos sem entrar em contato com áreas saudáveis que são sensíveis aos seus efeitos. A síntese verde, por sua vez, procura utilizar os subprodutos industriais e do agronegócio como reagentes para a formação de nanomateriais. Essa abordagem é vantajosa, pois ao invés de empregar químicos que poderiam ser danosos ao meio ambiente, usa resíduos de outros processos produtivos, reaproveitando-os.

 

Figura 3 - Reações químicas usando subprodutos permitem a criação de nanossistemas, que são posteriormente avaliados quanto às suas propriedades químicas, físicas e biológicas. Crédito:Viviana Parra Noriega. Matraces Rosas.

 

Qual a importância da pesquisa?

A pesquisa visa a desenvolver métodos e produtos nanobiotecnológicos voltados para a agregação de valor aos subprodutos da agricultura, pecuária, atividades florestais e industriais. Tais resíduos constituem uma preocupação ambiental e precisam de uma disposição adequada para evitar os seus impactos ecológicos potenciais. Trabalhos de cientistas que investigam o desenvolvimento sustentável defendem que os poluentes liberados por atividades industriais e de agronegócios constituem um desperdício de matéria-prima, devido muitas vezes a imperfeições no processo de produção. Portanto, um dos grandes desafios atuais da humanidade consiste em mudar a forma como enxerga o “lixo”, passando a recolocar esses materiais no ciclo produtivo, já que a natureza disponibiliza recursos de maneira limitada. Com essa postura, caminha-se em direção à preservação de recursos para gerações futuras e à solução do grave problema de acúmulo de dejetos no meio-ambiente.

Além de agregar valor aos subprodutos, os pesquisadores esperam desenvolver tecnologias inovadoras com potencial aplicação em diversos setores, tais como o farmacêutico, agropecuário, industrial, cosmético e alimentício. Diante das diferentes linhas de pesquisa que se originam desse projeto, os resultados almejados são:

a) Avaliação das propriedades físico-químico-biológicas de subprodutos agroindustriais e florestais (fibras, tecidos, células e macromoléculas), o que contribui para o avanço da ciência de base;
b) Desenvolvimento de rotas de síntese verde de nanopartículas metálicas, poliméricas e lipossomais para produção de sistemas de liberação controlada de drogas, hormônios, vacinas, nutrientes, cosméticos e pesticidas;
c) Avaliação das propriedades físico-químico-biológicas dos nanossistemas desenvolvidos;
d) Avaliação dos impactos da produção dos nanossistemas desenvolvidos.

Os resultados também contribuirão para a formação de pessoal capacitado, e parcerias com empresas e instituições garantirão a expansão do conhecimento desenvolvido e o beneficiamento da sociedade.
 

Publicado em 16 de maio de 2017.