Fibra de PET reciclado pode ajudar no combate à Covid-19, filtrando o ar
Araras, Lagoa do Sino, Sorocaba, São Carlos
Grupo da UFSCar trabalha há mais de 30 anos buscando meios filtrantes eficientes
Antes da pandemia, poucas pessoas pensavam na relevância de materiais capazes de reter partículas muito pequenas - como os vírus - na passagem de um fluxo gasoso, como no caso do ar que respiramos ao atravessar os diferentes tipos de máscaras. No Laboratório de Controle Ambiental (LCA) da UFSCar, no entanto, o desenvolvimento dos chamados meios filtrantes e a filtração gás-sólido estão no foco desde 1992, o que faz do grupo, vinculado ao Departamento de Engenharia Química (DEQ) da Universidade, referência nacional e internacional em uma área que está se expandindo rapidamente diante dos desafios impostos pelo Sars-Cov-2, vírus causador da Covid-19.
Em 2021, o grupo divulgou trabalho com fibras produzidas a partir da reciclagem de garrafas PET, capazes de reter até 100% das nanopartículas presentes em um fluxo de ar, incluindo aquelas com as dimensões do Sars-Cov-2 (cerca de 100 nanômetros). Agora, está trabalhando na busca de outros materiais, inclusive biodegradáveis, e, também, impregnados com aditivos biocidas e virucidas como nanopartículas metálicas e outros mais sustentáveis e com menos risco à saúde humana, como óleos essenciais, a partir de financiamento aprovado já no contexto da pandemia.
Além de ajudar a prevenir a Covid-19 e outras doenças respiratórias e infecciosas causadas também por bactérias e fungos, os meios filtrantes são essenciais no enfrentamento de outro problema importante da atualidade, a poluição do ar. Segundo a Organização Mundial da Saúde (OMS), a poluição do ar mata cerca de sete milhões de pessoas por ano em todo o mundo e, no Brasil, a estimativa é de 50 mil mortes por ano. Para tanto, os materiais podem ser aplicados em equipamentos de proteção individual (EPIs) - máscaras, jalecos e outros - e em sistemas para filtração e condicionamento do ar em ambientes como hospitais, escolas e outros edifícios.
"Quando começamos, em 1992, éramos o único laboratório trabalhando com filtração de gases no Brasil, sob a coordenação do professor José Renato Coury. Desde 2000 nossa atenção está voltada a partículas em uma faixa de tamanho pouco estudada, na qual estão os microrganismos. Agora, temos um boom, por causa da pandemia, inclusive com laboratórios mudando de área", situa Mônica Lopes Aguiar, que hoje coordena o Laboratório junto com Vádila Guerra, ambas docentes do DEQ. "Eu já tinha há bastante tempo uma preocupação específica com as infecções hospitalares, com o desenvolvimento de sistemas de ventilação mais eficientes para evitar a proliferação de bactérias e fungos, e sem saber estávamos nos adiantando para uma situação em que é preciso evitar que uma pessoa contaminada em um ambiente fechado cause outras infecções", complementa.
PET
No caso da pesquisa com micro e nanofibras obtidas a partir de PET reciclado - cujos resultados foram publicados nos periódicos Polymers e Membranes -, a preocupação com a poluição do ar foi aliada à questão da redução da poluição plástica, através da reciclagem. A investigação aconteceu no âmbito do doutorado de Daniela Patrícia Freire Bonfim no Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química (PPGEQ) da UFSCar, sob orientação de Aguiar, iniciado em 2017 e ainda em andamento, com financiamento da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp). Além delas e de Vádila Guerra, os artigos têm a participação de Rosário Bretas, do Departamento de Engenharia de Materiais da UFSCar, cuja experiência com a técnica de eletrofiação, aplicada na produção das micro e nanofibras, foi essencial. Também participou Fabiana G. S. Cruz, então estudante de graduação.
Um dos principais desafios enfrentados diz respeito à combinação de diferentes parâmetros no processo de eletrofiação, em que um campo elétrico é aplicado a uma gota de solução do polímero (o PET dissolvido em um solvente) na ponta da agulha de uma seringa, resultando na evaporação do solvente e produção da fibra, depositada sobre um coletor fixo ou giratório. A concentração da solução, o diâmetro da agulha, a intensidade do campo aplicado e a distância entre a ponta da agulha e do coletor são só alguns dos parâmetros a serem definidos, combinados e, depois, associados às diferentes características encontradas no material resultante.
"Esses parâmetros interferem, cada um de um jeito, no resultado final. A concentração da solução, por exemplo, interfere no diâmetro da fibra. Outros parâmetros interferem em como a fibra se deposita no coletor, o que interfere na permeabilidade que, por sua vez, estabelece como o fluxo de ar passa pelo material e, assim, determina a queda de pressão", exemplifica Bonfim. "Ou seja, esses parâmetros vão determinar a morfologia das fibras que, por sua vez, interfere na eficiência de coleta e na queda de pressão. E você precisa monitorar todos em conjunto. Então, o desafio inicial foi, a partir da filtração almejada, ir combinando os vários parâmetros para chegar na fibra como a gente queria", acrescenta.
A partir dos testes, os pesquisadores chegaram a uma trama de nanofibras que dispensa um substrato - ou seja, não precisa ser aplicada sobre outro material mais resistente ou estruturado, sendo ela mesma o filtro e o suporte - e alcança até 100% de eficiência na coleta de partículas entre 7 e 300 nanômetros, com queda de pressão muito baixa. "As partículas vão grudando nas fibras e, com isso, o espaço para o ar passar diminui, e é essa obstrução que chamamos de queda de pressão. Se ela é alta, significa que a obstrução acontece rapidamente e você precisa gastar mais energia para o ar passar", explica Bonfim. Em um aparelho de ar condicionado, valores altos de queda de pressão significam gasto maior de energia elétrica; nas máscaras, um esforço muito grande para conseguirmos respirar.
Mais recentemente, em julho de 2020, o grupo de pesquisadores teve projeto incluído entre os 38 selecionados por edital da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (Capes) voltado à prevenção e ao combate de epidemias. Com duração de três anos, o projeto visa justamente a continuidade do desenvolvimento de tecidos inteligentes para meios filtrantes com caráter biocida e virucida, e tem a participação, além do grupo vinculado ao Departamento de Engenharia Química - incluindo também o docente André Bernardo e outros estudantes de pós-graduação e pesquisadores de pós-doutorado (Daniela Sanches e Bruno Lima) -, de pesquisadores vinculados aos departamentos de Engenharia de Materiais (Rosário Bretas e Alessandra Lucas) e de Morfologia e Patologia da UFSCar (Clovis de Souza), bem como parceiros da Faculdade de Ciências Farmacêuticas da Universidade de São Paulo (USP) em Ribeirão Preto (Wanderley Oliveira).
Além deste, o grupo conta também com financiamento do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq).
A experiência e os equipamentos existentes no Laboratório, que são raros, fizeram com que, desde o início da pandemia, fosse muito procurado por hospitais para testar a eficiência de máscaras e outros EPIs. "Infelizmente, muitos produtos, como máscaras e jalecos, que nós testamos, não tinham a eficiência anunciada para a venda. Os equipamentos mais comuns testam a eficiência apenas para partículas a partir de 300 nanômetros, não para as nanopartículas na faixa em que trabalhamos, e por isso a legislação não exige esses testes", compartilha Aguiar. "Essa também é uma preocupação nossa, e tenho alunos investigando a questão da regulação. Nós estamos falando de pessoas, de profissionais de Saúde, por exemplo, que acreditam estar protegidos e não estão", alerta.
Em 2021, o grupo divulgou trabalho com fibras produzidas a partir da reciclagem de garrafas PET, capazes de reter até 100% das nanopartículas presentes em um fluxo de ar, incluindo aquelas com as dimensões do Sars-Cov-2 (cerca de 100 nanômetros). Agora, está trabalhando na busca de outros materiais, inclusive biodegradáveis, e, também, impregnados com aditivos biocidas e virucidas como nanopartículas metálicas e outros mais sustentáveis e com menos risco à saúde humana, como óleos essenciais, a partir de financiamento aprovado já no contexto da pandemia.
Além de ajudar a prevenir a Covid-19 e outras doenças respiratórias e infecciosas causadas também por bactérias e fungos, os meios filtrantes são essenciais no enfrentamento de outro problema importante da atualidade, a poluição do ar. Segundo a Organização Mundial da Saúde (OMS), a poluição do ar mata cerca de sete milhões de pessoas por ano em todo o mundo e, no Brasil, a estimativa é de 50 mil mortes por ano. Para tanto, os materiais podem ser aplicados em equipamentos de proteção individual (EPIs) - máscaras, jalecos e outros - e em sistemas para filtração e condicionamento do ar em ambientes como hospitais, escolas e outros edifícios.
"Quando começamos, em 1992, éramos o único laboratório trabalhando com filtração de gases no Brasil, sob a coordenação do professor José Renato Coury. Desde 2000 nossa atenção está voltada a partículas em uma faixa de tamanho pouco estudada, na qual estão os microrganismos. Agora, temos um boom, por causa da pandemia, inclusive com laboratórios mudando de área", situa Mônica Lopes Aguiar, que hoje coordena o Laboratório junto com Vádila Guerra, ambas docentes do DEQ. "Eu já tinha há bastante tempo uma preocupação específica com as infecções hospitalares, com o desenvolvimento de sistemas de ventilação mais eficientes para evitar a proliferação de bactérias e fungos, e sem saber estávamos nos adiantando para uma situação em que é preciso evitar que uma pessoa contaminada em um ambiente fechado cause outras infecções", complementa.
PET
No caso da pesquisa com micro e nanofibras obtidas a partir de PET reciclado - cujos resultados foram publicados nos periódicos Polymers e Membranes -, a preocupação com a poluição do ar foi aliada à questão da redução da poluição plástica, através da reciclagem. A investigação aconteceu no âmbito do doutorado de Daniela Patrícia Freire Bonfim no Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química (PPGEQ) da UFSCar, sob orientação de Aguiar, iniciado em 2017 e ainda em andamento, com financiamento da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp). Além delas e de Vádila Guerra, os artigos têm a participação de Rosário Bretas, do Departamento de Engenharia de Materiais da UFSCar, cuja experiência com a técnica de eletrofiação, aplicada na produção das micro e nanofibras, foi essencial. Também participou Fabiana G. S. Cruz, então estudante de graduação.
Um dos principais desafios enfrentados diz respeito à combinação de diferentes parâmetros no processo de eletrofiação, em que um campo elétrico é aplicado a uma gota de solução do polímero (o PET dissolvido em um solvente) na ponta da agulha de uma seringa, resultando na evaporação do solvente e produção da fibra, depositada sobre um coletor fixo ou giratório. A concentração da solução, o diâmetro da agulha, a intensidade do campo aplicado e a distância entre a ponta da agulha e do coletor são só alguns dos parâmetros a serem definidos, combinados e, depois, associados às diferentes características encontradas no material resultante.
"Esses parâmetros interferem, cada um de um jeito, no resultado final. A concentração da solução, por exemplo, interfere no diâmetro da fibra. Outros parâmetros interferem em como a fibra se deposita no coletor, o que interfere na permeabilidade que, por sua vez, estabelece como o fluxo de ar passa pelo material e, assim, determina a queda de pressão", exemplifica Bonfim. "Ou seja, esses parâmetros vão determinar a morfologia das fibras que, por sua vez, interfere na eficiência de coleta e na queda de pressão. E você precisa monitorar todos em conjunto. Então, o desafio inicial foi, a partir da filtração almejada, ir combinando os vários parâmetros para chegar na fibra como a gente queria", acrescenta.
A partir dos testes, os pesquisadores chegaram a uma trama de nanofibras que dispensa um substrato - ou seja, não precisa ser aplicada sobre outro material mais resistente ou estruturado, sendo ela mesma o filtro e o suporte - e alcança até 100% de eficiência na coleta de partículas entre 7 e 300 nanômetros, com queda de pressão muito baixa. "As partículas vão grudando nas fibras e, com isso, o espaço para o ar passar diminui, e é essa obstrução que chamamos de queda de pressão. Se ela é alta, significa que a obstrução acontece rapidamente e você precisa gastar mais energia para o ar passar", explica Bonfim. Em um aparelho de ar condicionado, valores altos de queda de pressão significam gasto maior de energia elétrica; nas máscaras, um esforço muito grande para conseguirmos respirar.
Mais recentemente, em julho de 2020, o grupo de pesquisadores teve projeto incluído entre os 38 selecionados por edital da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (Capes) voltado à prevenção e ao combate de epidemias. Com duração de três anos, o projeto visa justamente a continuidade do desenvolvimento de tecidos inteligentes para meios filtrantes com caráter biocida e virucida, e tem a participação, além do grupo vinculado ao Departamento de Engenharia Química - incluindo também o docente André Bernardo e outros estudantes de pós-graduação e pesquisadores de pós-doutorado (Daniela Sanches e Bruno Lima) -, de pesquisadores vinculados aos departamentos de Engenharia de Materiais (Rosário Bretas e Alessandra Lucas) e de Morfologia e Patologia da UFSCar (Clovis de Souza), bem como parceiros da Faculdade de Ciências Farmacêuticas da Universidade de São Paulo (USP) em Ribeirão Preto (Wanderley Oliveira).
Além deste, o grupo conta também com financiamento do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq).
A experiência e os equipamentos existentes no Laboratório, que são raros, fizeram com que, desde o início da pandemia, fosse muito procurado por hospitais para testar a eficiência de máscaras e outros EPIs. "Infelizmente, muitos produtos, como máscaras e jalecos, que nós testamos, não tinham a eficiência anunciada para a venda. Os equipamentos mais comuns testam a eficiência apenas para partículas a partir de 300 nanômetros, não para as nanopartículas na faixa em que trabalhamos, e por isso a legislação não exige esses testes", compartilha Aguiar. "Essa também é uma preocupação nossa, e tenho alunos investigando a questão da regulação. Nós estamos falando de pessoas, de profissionais de Saúde, por exemplo, que acreditam estar protegidos e não estão", alerta.
05/07/2021
15:59:00
23/09/2021
23:59:00
Mariana Pezzo
Sim
Não
Estudante
Partículas retidas nas fibras após a filtração (Imagem: LCA-UFSCar)
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