O que é a biomineralização?

Segundo o site da Nature, biomineralização é um processo no qual organismos vivos produzem minerais. Esses minerais criados pelos organismos possuem estruturas muito complexas, que qualquer engenheiro ou cientista gostaria de ter no seu material, já que é muito difícil de produzir de forma sintética. Esse processo de formação de materiais ocorre em praticamente todos os grupos de organismos, dos procariontes (nanocristais de magnetita em bactérias) até em humanos, como em nossos dentes e ossos.

Um grupo muito estudado hoje quando falamos sobre biomineralização é o das diatomáceas. Esse grupo está presente em quase todos os ambientes aquáticos conhecidos, possuem paredes celulares feitas de sílica (SiO2) e poros regulares, com uma padronização.

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Imagens feitas no MEV das paredes celulares das diatomáceas

Temos muito o que aprender com esses incríveis organismos, primeiro porque existem milhares de tipos de diatomáceas, cada uma delas, como pode-se ver nos exemplos acima, podem ter diferentes estruturas das paredes com arranjos micro e nanoestruturais. Além disso elas conseguiram superaram uma grande contradição: a biosíntese de estruturas complexas e uma grande variação desse processo.

A sílica presente nesse material é produzida a partir do ácido ortosílico, Si(OH)4. Esse ácido é concentrado e armazenado no interior de uma célula até ele ser polimerizado no interior dos compartimentos intracelulares específicos de sílica, chamadas vesículas de deposição de sílica.

O grupo de pesquisa do Kröger Group da Universidade de Dresden estuda o mecanismo de formação de sílica nas diatomáceas para entender os princípios fundamentais da morfologia desse biomineral.  O trabalho feito por eles envolve a identificação de biomoléculas morfogenéticas e o estudo das propriedades delas in vitro e in vivo.

As estruturas encontradas nesses organismos podem ser utilizadas no ramo da nanotecnologia, pois além de ter uma estrutura muito controlada, podem ser produzidas em grandes quantidades e com um baixo custo. Hoje estão entre os maiores desafios da nanotecnologia produzir materiais em um processo mais rápido e com o menor custo possível, já que os equipamentos necessários possuem um alto valor de mercado.

Muitas aplicações já foram sugeridas para a sílica das diatomáceas, como membranas, biosensores e sistemas microeletromecânicos. Além disso, é desejado transformar esse material em outros e ao mesmo tempo manter a estrutura do mesmo.

Referências:

Kröger Group – Biomineralization

Nature – Biomineralization

Kröger, Nils, and Nicole Poulsen. “Diatoms-from cell wall biogenesis to nanotechnology.” Annual review of genetics 42 (2008): 83-107.

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