Pesquisas vêm se aprofundando na abordagem do uso de nanoestruturados como biomateriais. São estudadas e avaliadas as propriedades estruturais, químicas e biológicas para trazer à tona as vantagens e aplicações como biomateriais com grande empenho pelos cientistas e setor tecnológico. Entre eles, analisar seu potencial de bioatividade e biocompatibilidade; reparo de tecidos; crescimento e diferenciação de células; nanoestruturas puras e conjugadas para diversas bioaplicações; entre outros. No caso das biomembranas, são diversas suas aplicações, entre elas, na área médica. 
As membranas de celulose bacteriana, por exemplo, são versáteis e podem ser modificadas quimicamente, propiciando maior seletividade nas filtrações. Por esses motivos, tornam-se alternativa sustentável para tratamento de água e efluentes em maior escala. 

Inúmeras melhorias
Nanotecnologia é a construção de estruturas e materiais por meio da manipulação da matéria numa escala atômica e molecular. Desenvolvida no Japão, pode ser aplicada em praticamente todas as áreas do convívio humano. Os nanoestruturados apresentam incontáveis resultados e melhorias diante dos sistemas de filtração tradicionais. Os avanços da nanotecnologia são inúmeros: 
• Transformar água do mar em água potável com baixo consumo energético;
• Apoiar a análise genética para avanços médicos;
• Fomentar a evolução da nova geração de carros ecológicos; 
• Produzir vestuário funcional de origem vegetal;
• Aumentar o prazo de validade dos alimentos para reduzir o desperdício;
• Produtos mais eficientes, leves e duráveis, o que evita a escassez dos recursos naturais e fomenta o desenvolvimento social;
• Aumento da vida útil das membranas.
Fonte: Toray.

Desafios 
Os principais desafios estão mais relacionados ao ineditismo da nanotecnologia. “Mecanismos de controle também em escala nano devem ser desenvolvidos e aplicados para evitar algum tipo de contaminação ou poluição por estas nanopartículas ou mesmo em aplicações que possam fugir da ética humana” – diz Marcelo Bueno, gerente regional membrane technology
da Toray do Brasil. As aplicações são voltadas para a potabilização de água e o tratamento/reúso de efluentes, passando pelos sistemas de filtração industriais e de processos alimentícios. “O mercado para nanoestruturados está em franco crescimento. É uma tecnologia que está trazendo muitos avanços em diversas áreas e se tornando cada vez mais acessível por escala de produção” – destaca Marcelo Bueno.
A Toray, multinacional japonesa fabricante de membranas filtrantes poliméricas, está sempre ativa em suas atividades de pesquisa e desenvolvimento na área da nanotecnologia. 
A empresa tem utilizado a química como foco na busca de inovação tecnológica integrada com nanotecnologia e outras tecnologias de seu núcleo para a criação de materiais avançados. “Além disso, os sistemas de filtração permitem operações automáticas que são desejáveis e facilitam e viabilizam o trabalho online e com Internet das Coisas (IoT)” – avalia Bueno.

Perfomance e vida útil
Os problemas são os mesmos de qualquer sistema que não for bem dimensionado sofrerá. Se não for bem dimensionado, o sistema não atenderá à expectativa de performance ou à vida útil. “Para qualquer implantação de sistema ter sucesso, é necessário um bom projeto/dimensionamento, um bom produto e uma boa operação. Caso qualquer uma dessas três variáveis não seja boa, são altíssimos os riscos de problemas no sistema” – alerta Bueno. 

Membranas
As membranas são barreiras semipermeáveis que separam duas fases, fazendo um isolamento seletivo entre os componentes. 
As membranas podem ser constituídas de:
• Óxidos metálicos: como óxidos de alumínio, zircônio, zinco e titânio; 
• Grande variedade de polímeros: celulose, poliamidas, polisulfonas, poli (vinil álcool) e polipropileno; 
• Nanomateriais: 
O que caracteriza a performance das membranas nas filtrações;
• A constituição química das membranas; 
• A estrutura dos poros; 
• Suas propriedades físicas e químicas. 
Fonte: Cetene.
O desenvolvimento de membranas com materiais híbridos e a modificação química da superfície vieram oferecer multifuncionalidade aos produtos. “Além disso, potencializam sua capacidade filtrante, obtém-se maior seletividade durante as filtrações e melhoram suas propriedades mecânicas e térmicas” – diz Aline de Andrade Alves, bolsista do Programa de Capacitação do Centro de Tecnologias Estratégicas do Nordeste (Cetene).

Biomembranas 
As biomembranas de celulose bacteriana possuem estrutura tridimensional nanofibrilar, formando poros, e podem ser aplicadas em materiais filtrantes. Segundo Aline, diversos trabalhos têm mostrado a capacidade filtrante das membranas de celulose obtidas por microrganismos. 
A pesquisadora cita Liu e colaboradores (2017), que, nos seus estudos, demonstraram que as membranas de celulose bacteriana modificada com proteína de soja isolada exibiram para a filtração do ar capacidade de retenção de até 99,94% das partículas em suspensão. 
Já Galdino e colaboradores (2020) estudaram a capacidade filtrante das membranas de celulose bacteriana para a remoção de óleo em emulsões. Enquanto Cheng e colaboradores (2017) propuseram produzir membranas de nylon e nanocristais de celulose originadas de tunicatos – animais marinhos produtores de celulose – para a filtração da mistura óleo/água.

Materiais vantajosos
Do ponto de vista ambiental, as biomembranas, em particular, as membranas de celulose advindas da biossíntese bacteriana, são materiais vantajosos. “Esses materiais têm alta cristalinidade, são biodegradáveis, atóxicos e biocompatíveis e, por esses motivos, tornam-se alternativa sustentável para a confecção de membranas filtrantes” – aponta Aline.
Sua produção está de acordo com as perspectivas de uma economia de base biológica. “Nela, os produtos são fabricados usando fontes de carbono renováveis. O custo da produção em larga escala ainda é um ponto de melhoria para a produção do biopolímero. Entretanto, pesquisadores de todo o mundo têm trabalhado para diminuir o custo da produção, utilizando matérias-primas que propiciem maior rendimento e melhor custo-benefício” – afirma Aline.

Celulose bacteriana para efluentes                                                                                                                                        
Com Doutorado em Ciência de Materiais pela Universidade Federal de Pernambuco (UFPE) e Mestrado e Graduada em Química pela Universidade Federal Rural de Pernambuco (UFRPE), a pesquisadora dedicou-se à produção, purificação e caracterização de biopolímero obtido da biossíntese da bactéria Gluconacetobacter xylinus, desenvolvendo sua tese em 2019: Celulose Bacteriana Modificada: de filtros a curativos antimicrobianos.
Nos estudos feitos por Aline, foi observada a capacidade filtrante das membranas de celulose bacteriana para diversos tipos de efluentes. A pesquisa foi realizada em escala laboratorial e os resultados foram promissores e abrem novas perspectivas para o tratamento de água.
As membranas de celulose foram obtidas com a fermentação da bactéria Gluconacetobacter xylinus, utilizando glicerol como fonte de carbono para a produção do biopolímero. 
As filtrações foram realizadas com membranas obtidas após três dias de cultivo, usando amostras de efluentes das indústrias têxtil e de laticínios e suspensão bacteriológica de Escherichia coli com concentração na ordem de 108 células/mL. 

Desempenho superior 
De acordo com Aline, os resultados das pesquisas foram que as membranas de celulose bacteriana mostraram uma capacidade filtrante, para as amostras com alta concentração de bactéria, superior às membranas de acetato de celulose, já utilizadas comercialmente. As biomembranas testadas não perderam a sua capacidade filtrante mesmo após 10 ciclos de filtrações em todas as análises realizadas. 
A Figura 1 mostra a membrana usada para a filtração e as amostras da suspensão bacteriológica de E. coli. (108 células/mL) antes e após os 10 ciclos de filtração consecutivos. Enquanto a Figura 2 exibe a membrana após filtração de efluente da indústria têxtil e a amostra antes e após a filtração.
Há uma camada amarela formada por bactérias que foram retidas pela membrana. “Essa camada amarela se encontra espalhada por toda a superfície após a filtração, mostrando a atuação e o desempenho do material como uma barreira física para as bactérias” – explica Aline de Andrade Alves da Cetene. 
“Esses materiais são versáteis, podem ser modificados quimicamente e propiciam maior seletividade nas filtrações. Apresentam-se como alternativa sustentável para o tratamento de água e efluentes em maior escala” – conclui a bolsista do Cetene. 

Contatos
Cetene: www.cetene.gov.br
Toray: www.toray.com
 

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