O interior de a¡rvores sem flores, como pinheiro e ginkgo, contanãm alburno revestido de condua­tes semelhantes a palha, conhecidos como xilema, que puxam a águapara cima atravanãs do tronco e dos galhos de uma a¡rvore. Os condua­tes Xylem são interconectados por meio de membranas finas que agem como crivos naturais, filtrando as bolhas de águae seiva.

Os engenheiros do MIT tem investigado a capacidade de filtragem natural do alburno e, anteriormente, fabricaram filtros simples de seções transversais descascadas de galhos do alburno, demonstrando que o design de baixa tecnologia filtra eficazmente as bactanãrias.

Agora, a mesma equipe avançou a tecnologia e mostrou que funciona em situações do mundo real. Eles fabricaram novos filtros de xilema que podem filtrar patógenos como E. coli e rotava­rus em testes de laboratório e mostraram que o filtro pode remover bactanãrias de fontes contaminadas, torneiras e lena§a³is frea¡ticos. Eles também desenvolveram técnicas simples para estender a vida útil dos filtros, permitindo que os discos lenhosos purifiquem a águaapós serem armazenados em uma forma seca por pelo menos dois anos.

Os pesquisadores levaram suas técnicas para a andia, onde fizeram filtros de xilema de a¡rvores nativas e testaram os filtros com usuários locais. Com base em seus comenta¡rios, a equipe desenvolveu um prota³tipo de um sistema de filtração simples, equipado com filtros de xilema substitua­veis que purificavam a águaa uma taxa de um litro por hora.

Seus resultados, publicados hoje na Nature Communications , mostram que os filtros de xilema tem potencial para uso em ambientes comunita¡rios para remover bactanãrias e va­rus da águapota¡vel contaminada.

Os pesquisadores estãoexplorando opções para disponibilizar filtros de xilema em grande escala, especialmente em áreas onde a águapota¡vel contaminada éuma das principais causas de doenças e morte. A equipe lançou um site de ca³digo aberto , com diretrizes para projetar e fabricar filtros de xilema de vários tipos de a¡rvore. O site tem como objetivo apoiar empresa¡rios, organizações e lideres a apresentar a tecnologia a comunidades mais amplas e inspirar os alunos a realizar seus pra³prios experimentos cienta­ficos com filtros de xilema.

“Como as matérias-primas estãoamplamente disponí­veis e os processos de fabricação são simples, pode-se imaginar o envolvimento das comunidades na aquisição, fabricação e distribuição de filtros de xilema”, diz Rohit Karnik, professor de engenharia meca¢nica e chefe do departamento associado de educação do MIT. “Para lugares onde a única opção ébeber águanão filtrada, esperamos que os filtros de xilema melhorem a saúde e tornem a águapota¡vel.”

Os coautores do estudo de Karnik são os autores principais Krithika Ramchander e Luda Wang do Departamento de Engenharia Meca¢nica do MIT, e Megha Hegde, Anish Antony, Kendra Leith e Amy Smith do MIT D-Lab.

Em seus estudos anteriores sobre o xilema, Karnik e seus colegas descobriram que a capacidade natural de filtragem do material lenhoso também apresentava algumas limitações naturais. Amedida que a madeira secava, as membranas em forma de peneira de galhos começam a aderir a s paredes, reduzindo a permeabilidade do filtro ou a capacidade de permitir que a águaflua. Os filtros também pareciam “autoblocantes” com o tempo, acumulando matéria lenhosa que obstrua­a os condua­tes.

Surpreendentemente, dois tratamentos simples superaram ambas as limitações. Mergulhando pequenas seções transversais de alburno em águaquente por uma hora, depois mergulhando-as em etanol e deixando-as secar, Ramchander descobriu que o material retinha sua permeabilidade, filtrando a águacom eficiência sem entupir. Sua filtragem também pode ser melhorada ajustando a espessura de um filtro de acordo com seu tipo de a¡rvore.

Os pesquisadores cortaram e trataram pequenas seções transversais de pinho branco de galhos ao redor do campus do MIT e mostraram que os filtros resultantes mantiveram uma permeação compara¡vel aos filtros comerciais, mesmo depois de serem armazenados por atédois anos, estendendo significativamente a vida útil dos filtros.

Os pesquisadores também testaram a capacidade dos filtros de remover contaminantes como E. coli e rotava­rus - a causa mais comum de doenças diarreicas. Os filtros tratados removeram mais de 99 por cento de ambos os contaminantes, umnívelde tratamento de águaque atende a  categoria de “ proteção abrangente de duas estrelas ” definida pela Organização Mundial da Saúde.

“Achamos que esses filtros podem lidar razoavelmente com contaminantes bacterianos”, diz Ramchander. “Mas existem contaminantes químicos como o arsaªnico e o flaºor, cujos efeitos ainda não sabemos”, observa ela.

Encorajados por seus resultados em laboratório, os pesquisadores passaram a testar em campo seus projetos na andia, umpaís que experimentou a maior taxa de mortalidade devido a doenças transmitidas pela águado mundo e onde a águapota¡vel segura e confia¡vel éinacessa­vel a mais de 160 milhões de pessoas.

Durante dois anos, os engenheiros, incluindo pesquisadores do MIT D-Lab, trabalharam em regiaµes montanhosas e urbanas, facilitados pelas ONGs locais, Himmotthan Society, Shramyog, Peoples Science Institute e Essmart. Eles fabricaram filtros de pinheiros nativos e os testaram, junto com filtros feitos de a¡rvores de ginkgo nos Estados Unidos, com fontes locais de águapota¡vel. Esses testes confirmaram que os filtros removeram efetivamente as bactanãrias encontradas na águalocal. Os pesquisadores também realizaram entrevistas, grupos de foco e oficinas de design para entender as prática s atuais de águadas comunidades locais e os desafios e preferaªncias por soluções de tratamento de a¡gua. Eles também coletaram feedback sobre o design.

“Uma das coisas que marcou muito as pessoas foi o fato de que esse filtro éum material natural que todos reconhecem”, diz Hegde. “Tambanãm descobrimos que as pessoas em fama­lias de baixa renda preferem pagar uma quantia menor diariamente, em vez de uma quantia maior com menos frequência. Essa foi uma barreira para o uso de filtros existentes, porque os custos de substituição eram altos. ”

Com informações de mais de 1.000 usuários em potencial em toda a andia, eles projetaram um prota³tipo de um sistema de filtragem simples, equipado com um recepta¡culo na parte superior que os usuários podem encher com a¡gua. A águaflui por um tubo de 1 metro de comprimento, por um filtro de xilema e sai por uma bica controlada por va¡lvula. O filtro do xilema pode ser trocado diariamente ou semanalmente, dependendo das necessidades da fama­lia.

A equipe estãoexplorando maneiras de produzir filtros de xilema em escalas maiores, com recursos disponí­veis localmente e de uma forma que encorajaria as pessoas a praticar a purificação da águacomo parte de suas vidas dia¡rias - por exemplo, fornecendo filtros de substituição em prea§os acessa­veis e pré-pagos pacotes para vocêir.

“Os filtros Xylem são feitos de materiais baratos e abundantemente dispona­veis, que podem ser disponibilizados em lojas locais, onde as pessoas podem comprar o que precisam, sem a necessidade de um investimento inicial, como éta­pico para outros cartuchos de filtro de a¡gua”, diz Karnik. “Por enquanto, mostramos que os filtros xylem oferecem um desempenho realista.”

Esta pesquisa foi apoiada, em parte, pelo Laborata³rio de Sistemas de agua e Alimentos Abdul Latif Jameel (J-WAFS) do MIT e do MIT Tata Center for Technology and Design.