Notícia

Análise de biodegradabilidade e novos materiais podem ajudar a enfrentar a crise dos resíduos plásticos

Fonte

MIT | Instituto de Tecnologia de Massachusetts

Data

quinta-feira, 15 junho 2023 13:50

Áreas

Biotecnologia. Economia. Engenharia Ambiental. Gestão de Resíduos. Inovação. Materiais. Química. Química Verde. Sociedade. Sustentabilidade. Tecnologias. Toxicologia.

Os produtos feitos de polímeros – desde sacolas plásticas a roupas, utensílios de cozinha e eletrônicos – fornecem muitos confortos e sustentam o padrão de vida atual, mas como não se decompõem facilmente, representam desafios ambientais de longo prazo. O desenvolvimento de polímeros, uma grande classe de materiais, com um ciclo de vida mais sustentável é um passo crítico para progredir em direção a uma economia verde e enfrentar esta parte da crise global da mudança climática. O desenvolvimento de polímeros biodegradáveis, no entanto, permanece limitado pelos métodos de teste de biodegradação atuais.

Para lidar com essa limitação, uma equipe de pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) – liderada pelo Dr. Bradley Olsen, professor do Departamento de Engenharia Química do MIT – desenvolveu um amplo conjunto de dados de biodegradação para ajudar a determinar se um polímero é ou não biodegradável.

Suas descobertas foram publicadas recentemente na revista científica The Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). A equipe do MIT inclui as doutorandas Katharina Fransen e Sarah Av-Ron, e também conta com o Dr. Dylan J. Walsh e as alunas de graduação Tess Buchanan, Dechen Rota e Lana Van Note.

“Apesar dos resíduos de polímeros serem um contribuinte conhecido e significativo para a crise climática, o estudo da biodegradação de polímeros tem sido limitado a um pequeno número de polímeros porque os métodos atuais de teste de biodegradação são intensivos em tempo e recursos”, explicou o Dr. Olsen. “Esse escopo limitado retarda o desenvolvimento de novos materiais, por isso estamos trabalhando para abrir isso para um portfólio muito mais amplo de materiais.”

Abordagem exclusiva de alto rendimento

O conjunto de dados que a equipe do professor Olsen desenvolveu, com o apoio do MIT Climate and Sustainability Consortium (MCSC), do Abdul Latif Jameel Water and Food Systems Lab (J-WAFS) e da DIC Corporation, inclui mais de 600 produtos químicos de poliéster distintos.

“A engenhosidade do nosso trabalho está impulsionando a triagem para um alto rendimento, o que acelera o ritmo da descoberta”, disse Sarah Av-Ron. Os métodos de síntese de alto rendimento permitem que grandes quantidades de amostras sejam rastreadas rapidamente, identificando produtos com a propriedade ou função desejada que você está procurando. Nesse caso, a abordagem de alto rendimento foi conduzida usando um método chamado ensaio de zona clara, que detecta a biofragmentação do polímero e identifica as bactérias que degradam o polímero.

O conjunto de dados de biodegradação pode levar a relações estrutura-propriedade, um conceito central para a ciência e engenharia de materiais, onde as relações entre os detalhes químicos e as propriedades podem ser estabelecidas e usadas para construir um modelo de previsão de biodegradação. Ao desenvolver esses modelos para prever a biodegradação, os pesquisadores estavam interessados em examinar a potencial linearidade e não linearidade das relações entre estrutura e biodegradabilidade.

“Consideramos um avanço científico ter esse grande conjunto de dados e as relações qualitativas e modelos preditivos com uma quantidade substancial de dados habilitados”, acrescentou Sarah Av-Ron. “Foi cativante descobrir como integrar a alta complexidade da representação química do polímero com modelos preditivos de aprendizado de máquina. Fiquei muito empolgada em obter uma precisão de validação de 82% para uma combinação de representação/modelo. Com dados adicionais, poderemos melhorar ainda mais nossas previsões.”

O trabalho da equipe se concentra principalmente em poliésteres; o desenvolvimento de poliésteres biodegradáveis apresenta uma oportunidade chave para abordar a crise de sustentabilidade dos polímeros e reduzir a carga ambiental do ciclo de vida dos materiais.

Acesse o resumo do artigo científico (em inglês).

Acesse a notícia completa na página do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (em inglês).

Fonte: Molly Chase, Climate and Sustainability Consortium, MIT. Imagem: zona clara de propagação rápida. São 8 horas de intervalo entre cada uma das três imagens de cima e também entre cada uma das três imagens de baixo. Fonte: Grupo de Pesquisa do Dr. Bradley D. Olsen, MIT.