Fiorenzo Omenetto: A seda, o antigo material do futuro

Obrigado. Estou emocionado por estar aqui. Vou falar-vos de um novo / antigo material que continua a surpreender-nos, com o enorme impacto que tem na forma como pensamos sobre a Ciência dos materiais, alta tecnologia -- e, provavelmente, ao mesmo tempo, terá consequências nas áreas da medicina, saúde global, e reflorestação. Parece impressionante... Vou dizer-Vos um pouco mais... Este material apresenta algumas características que parecem ser demasiado boas para ser verdade É sustentável; é um material de produção sustentável é processado em água, a temperatura ambiente -- é biodegradável - pode dissolver-se instantaneamente num copo de água - ou pode manter-se estável durante anos. É comestível, é implantável no corpo humano sem causar reacção imunitária. De facto, este material é absorvido pelo corpo É 'tecnológico', pode incorporar-se em microelectrónica, ou fotónica. E este material espantoso assemelha-se a algo como isto. Este material é claro e transparente. Os componentes deste material são só água e proteínas.

Este material é ... seda. É um pouco diferente da seda que estamos habituados a ver... ... o que coloca a questão - Como reinventar algo que esteve connosco durante cinco milénios? O processo de descoberta é, geralmente, inspirado pela Natureza. Maravilhemo-nos com o bicho da seda -- a lagarta que aqui vemos produzindo a sua seda. O bicho da (Bombyx mori) seda faz algo admirável; Utiliza dois ingredientes, proteína e água, produzidos na sua glândula sericígena, para produzir um material excepcionalment robusto, para a sua protecção --- comparável a fibras sintéticas como o Kevlar ®. Assim, no processo inverso que nós conhecemos e com que estamos familiarizados da indústria têxtil, o processo 'desenrola' o casulo e produz coisas lindíssimas. Queremos saber como, a partir de água e proteínas, podemos chegar à forma líquida, e, daí, a este "Kevlar" natural.

O "truque" é, de facto, como inverter este processo e, partindo do casulo, chegar à glândula sericígena e obter água e proteína (que são os componentes iniciais). E este "truque", esta inspiração recebi-a há cerca de duas décadas de uma pessoa com quem tenho a sorte de trabalhar, David Kaplan. Assim, consideremos esta matéria-prima. e decomponhamo-la nos seus constituintes. Podemos utilizar estes constituintes para fazer coisas muito diferentes -- por exemplo, películas. E podemos aproveitar-nos de algo muito simples. A receita para fazer estas películas é aproveitar o facto de as proteínas serem muito "inteligentes" ... encontram formas de se auto-arrumarem Pegamos na solução de seda, espalhamo-la numa superfície, e esperamos que a proteína se auto-arrume. destacamos o "resíduo" e obtemos esta película, criada à medida que o solvente se evaporou e as moléculas se encaixaram umas nas outras...

Mencionei a utilização tecnológica desta palícula; O que quer isto significa? Significa que podemos combinar este material com outros componentes tecnológicos, como componentes da microelectrónica ou nanotecnologia. ... e esta imagem de um DVD ilustra o facto de a seda acompanhar detalhes muito subtis da superfície, o que permite replicar detalhes a nível nano (micro) scópico. É, assim, possível replicar a informação contida neste DVD. Podemos armazenar informação num suporte de água e proteína. Podemos escrever uma mensagem num pedaço de seda, aqui está, a mensagem está aqui. E, tal como o DVD, podemos proceder a uma leitura óptica, o que requer uma mão muito segura, pelo que decidi fazê-lo num palco, em frente a mil pessoas. Vejamos... Como podem ver, a película passa por aqui e então... (palmas...) E o mais importante... é que a minha mão se manteve firme o tempo suficiente para o efeito...

Assim, com as características deste material, podemos fazer uma série de coisas. não apenas limitadas a películas; a seda pode assumir muitas outras formas incluindo componentes ópticos conjuntos de microprismas como a fita reflectora utilizada nas sapatilhas de corrida Ou podemos fazer coisas bonitas capturáveis pelas máquinas fotográficas. Podemos adicionar tridimensionalidade à película que vimos antes... ... e, se o ângulo for o correcto, podemos ver aparecer um holograma nesta película de seda. Mas podemos ainda fazer outras coisas. Podemos utilizar proteína pura para conduzir luz, e por isso criámos fibras ópticas.

Mas a versatilidade da seda ultrapassa esta utilização Podemos pensar em diferentes formatos Se, por exemplo, tem medo das agulhas dos consultórios médicos, pode utilizar uma série de microagulhas O que está projectado no ecrâ é um cabelo humano comparado com uma agulha feita de seda -- para Vos dar uma ideia das dimensões relativas. Podemos fazer objectos maiores. como parafusos, porcas, rodas dentadas -- que pode comprar em "Whole Foods." Estas peças podem operar em água podemos pensar em partes mecânicas e podemos pensar em utilizar este material se necessitarmos de um material resistente para substituir veias periféricas, por exemplo ou talvez um osso completo. Aqui está um pequeno exemplo ou talvez um pequeno crânio--- que poderemos chamar mini Yorick (cf. Hamlet/Shakespeare). (risos) Podemos fazer chávenas, por exemplo e, se adicionarmos um pouco de ouro, podemos obter semicondutores podemos faze sensores que se fixam na superfície de bens alimentares podemos fazer componentes electrónicos que se dobram e enrolam ou, no campo da moda, podemos fazer tatuagens com LEDs

Temos, portanto, versatilidade no que podemos obter a partir da seda. Mas temos alguns desafios... Porque quereríamos, de facto, fazer algumas destas coisas? Mencionei a principal causa, no início a proteína é biodegradável e biocompatível. Vejam esta imagem de uma secção de um tecido o que significa biodegradável e biocompatível? Podemos implantar este material no corpo sem necessidade de recuperação posterior o que quer dizer que todos os objectos que viram antes podem, em princípio, ser implantados e desaparecer. E o que estamos a ver, nesta secção, é uma fita reflectora. semelhante às que são usadas para sermos vistos à noite, pelos condutores de veículos automóveis... se pudermos iluminar o material poderemos ver melhor o seu interior porque a fita reflectora é feita de seda. e, como podem ver, é reabsorvida pelo tecido. e a reintegração, no corpo humano, não é o único ponto Também a "reintegração" ambiental é importante Temos uma velocidade de decomposição das proteínas, e uma chávena de seda como esta pode ser descartada sem culpa. (Palmas) Contrariamente às chávenas de polistireno que, infelizmente, contaminam a natureza diariamente - é comestível pelo que pode utilizá-la para acomodar bens alimentares pode cozinhá-la Não tem um sabor particularmente agradável - preciso de ajuda neste ponto -

mas o mais importante é o fecho do ciclo. A seda, durante o seu processo de formação actua como um casulo para a matéria orgânica pelo que se mudarmos a receita, e adicionarmos alguns ingredientes nesta fase -- vamos adicionar alguns ingredientes extras -- estamos a adicionar enzimas ou anticorpos, ou vacinas, o processo de auto-formação preserva a função biológica destes componentes tornando o produto ambientalmente activo e interactivo. Assim, o parafuso que viu há pouco pode, de facto, ser utilizado para fixar um osso - um osso partido -- e administrar medicamentos ao mesmo tempo, enquanto o osso se recupera ou pode conservar remédios na sua carteira, e não no frigorífico. Fizemos um cartão de seda com penicilina e armazenámos penicilina a 60ºC (140 ºF) durante dois meses, sem perda da eficácia do princípio activo. Assim, estes métodos -- (Palmas) poderiam ser boas alternativas a camelos refrigerados a energia solar. Claro que não há nenhuma vantagem em guardar se não se usar

e temos outra característica única neste material cuja biodegradação se pode programar Veja aqui a diferença No topo, temos uma película que foi programada para não se degradar e, em baixo, uma película programada para se degradar em água observa-se que a película que está em baixo liberta o componente activo permitindo a recuperação do que foi armazenado o que permite uma libertação controlada de princípios activos. e a reintegração (biodegradação) no ambiente em todos os formatos que apresentei.

Este fio condutor de descoberta é, de facto, um fio condutor Estamos empolgados com a ideia de que para tudo o que queremos fazer, quer seja substituir uma veia ou um osso, ou ter equipamento de microelectónica mais sustentável, beber um café numa chávena de uso único, e deitá-la fora sem culpa, transportar os nossos medicamentos no bolso, administrá-los dentro do nosso corpo, ou transportá-los em condições extremas, a resposta pode estar num fio de seda...

Obrigado.

(Aplausos)