A humilde glicina, o mais simples de todos os aminoácidos, está em toda parte. O corpo humano a produz e ela ajuda a compor nossa pele, ossos e ligamentos. É encontrada em carnes como a bovina e foi até mesmo descoberta em cometas trazidos do espaço sideral.

Agora, pesquisadores de Stanford estão considerando como a glicina pode viabilizar a engenharia de materiais de próxima geração, como bioeletrônicos e sensores ambientais, que poderiam se biodegradar após cumprirem sua função. Um novo artigo publicado na revista Advanced Functional Materials apresenta um material inovador desenvolvido por uma equipe da Escola de Engenharia que aborda obstáculos persistentes no caminho para dispositivos médicos eletrificados à base de glicina.

“A glicina é realmente interessante porque é muito abundante”, disse Vivian Feig , professora assistente de engenharia mecânica na Escola de Engenharia e autora principal do artigo. “Sabemos como processá-la, nossos corpos sabem como metabolizá-la, e ela é barata e muito acessível.”

O laboratório de Feig concentra-se no desenvolvimento de materiais funcionais dinâmicos para uso biomédico, como novos materiais que se degradam ao longo do tempo no corpo ou que podem ser introduzidos por meio de métodos minimamente invasivos.

“Ao desenvolvermos novos materiais, consideramos toda a vida útil de um dispositivo, bem como as limitações práticas de sua implementação”, disse Feig. “Buscamos utilizar componentes básicos já consagrados e seguros, combinados com abordagens inovadoras de engenharia, a fim de conferir propriedades excepcionais ou inéditas a materiais já conhecidos, abrindo caminho para aplicações antes inexistentes.”

Este trabalho faz parte de suas investigações sobre o aproveitamento das propriedades piezoelétricas da glicina – sua capacidade de produzir energia a partir de tensão mecânica. Dispositivos piezoelétricos são usados em produtos domésticos como detectores de fumaça e relógios, monitores ambientais e dispositivos médicos como ultrassom e sensores de diagnóstico. Os cientistas já sabiam que a glicina poderia ser um material piezoelétrico excepcionalmente bom. Mas ela também apresenta desvantagens importantes; ou seja, quando entra em contato com a água, se desintegra em segundos, além de a forma cristalina que o material naturalmente prefere não ser piezoelétrica.

“A natureza e nossos corpos podem eliminá-lo. Mas como podemos aproveitar seu potencial?”, disse Feig. “Tivemos que resolver muitos problemas diferentes.”

Os pesquisadores propuseram diversas soluções para as falhas da glicina. Primeiramente, para manter a glicina em uma forma piezoelétrica desejável, Feig e seus coautores criaram um novo processo de engenharia que aplica um campo elétrico enquanto a glicina cristaliza sob nanoconfinamento. Esse processo isola as partículas em espaços extremamente pequenos e, neste caso, alinha os cristais de glicina por polaridade, permitindo que mantenham suas propriedades piezoelétricas. Eles também adicionaram estabilizadores moleculares à mistura para impedir que a glicina se transformasse em uma fase cristalina que anulasse sua piezoeletricidade, mantendo o material flexível o suficiente para um possível uso no corpo humano.

Para considerar como poderiam desenvolver o material, a equipe se inspirou em estratégias de engenharia das pesquisas anteriores de Feig sobre liberação retardada de medicamentos. Muitos medicamentos se dissolvem facilmente em água, assim como a glicina, explicou Feig, então cientistas e empresas farmacêuticas os encapsulam em polímeros que se degradam mais lentamente.

A degradação da glicina é parte do que a torna um material desejável, mas apenas enquanto esse processo for lento e controlável. Usando uma matriz polimérica, os pesquisadores retardaram a desintegração da glicina a tal ponto que, após 60 dias, a mistura manteve o desempenho piezoelétrico. Com testes adicionais, a equipe espera que suas propriedades piezoelétricas possam durar ainda mais tempo.

O progresso da equipe em relação à estabilidade do material e à formação de cristais representa "um grande salto", disse Zhuomin Zhang, pós-doutorando no laboratório de Feig e primeiro autor do artigo.

“Quando penso no que conquistamos, fico muito entusiasmado porque resolvemos um dos maiores desafios que limitam o uso de materiais piezoelétricos à base de glicina”, disse Zhang. “Este trabalho aproxima a área de aplicações biomédicas práticas, onde a estabilidade a longo prazo em ambientes fisiológicos é essencial.”

Em seguida, a equipe espera testar a estabilidade do material em ambientes mais extremos: à temperatura do corpo humano, por exemplo, e em diferentes ambientes de pH que representam condições como as do trato digestivo. Os pesquisadores estão explorando colaborações com a Faculdade de Medicina, onde há interesse em sensores biodegradáveis ??que possam substituir os dispositivos de monitoramento atuais usados após procedimentos cirúrgicos ou em implantes. Eles também continuarão aprimorando o material para aumentar sua estabilidade e piezoelectricidade, ampliando ainda mais suas capacidades.

“Agora temos uma plataforma realmente boa para poder ajustar e reotimizar para esses diferentes contextos”, disse Feig.