Caracterização da nanocelulose bacteriana cultivada em monômeros de polietileno tereftalato (PET) via espectroscopia Raman e infravermelho por transformada de Fourier

Transformando Resíduos Plásticos em Fibras Úteis

Garrafas plásticas e recipientes alimentares feitos de PET estão por toda parte, e fragmentos minúsculos desse plástico já são encontrados nos oceanos, no solo e até em nossos corpos. Este estudo explora uma maneira criativa de enfrentar esse problema: usar bactérias para converter os blocos construtores básicos do PET em fibras de celulose ultrafinas e biodegradáveis. Essas fibras, chamadas nanocelulose bacteriana, podem formar membranas fortes e flexíveis que, no futuro, podem substituir alguns produtos plásticos em embalagens, medicina e outros usos cotidianos.

De Plantas a Pequenas Fábricas Bacterianas

A celulose é o principal material estrutural das plantas e já é usada em papel, têxteis e muitos produtos industriais. Mas sua extração normalmente depende do corte de árvores ou do cultivo extensivo de monoculturas. Algumas bactérias, incluindo uma espécie chamada Komagataeibacter sucrofermentans, podem girar celulose diretamente a partir de açúcares durante a fermentação, formando uma rede de nanofibras mais finas que cem nanômetros. Essa nanocelulose bacteriana tem características atraentes: é pura (livre de gomas vegetais e lignina), absorve bem a água e pode ser moldada em membranas lisas adequadas para embalagens alimentares ou curativos para feridas.

Alimentando Bactérias com Blocos do Plástico

Os pesquisadores perguntaram se essas bactérias poderiam usar os blocos do PET—etilenoglicol (EG) e tereftalato dissódico (TPA)—em vez de depender apenas do açúcar convencional (glicose). Eles cultivaram K. sucrofermentans em três líquidos idênticos, exceto pela fonte de carbono: um com glicose, um com EG e outro com TPA. Após três semanas, coletaram e secaram os películos de celulose flutuando na superfície e os pesaram. Surpreendentemente, o maior rendimento veio do EG, que produziu mais nanocelulose por litro do que a glicose, enquanto o TPA deu um rendimento menor. Isso mostra que pelo menos parte do carbono dos monômeros do PET pode ser redirecionada para um material útil e biodegradável.

Como as Fibras Parecem e Quão Ordenadas Elas São

Para ver que tipo de material se formou, a equipe imageou as membranas em um microscópio eletrônico de varredura. Bactérias alimentadas com glicose produziram um tapete denso e uniforme de fibras finas com poros regulares—sinal de crescimento bem organizado. EG e TPA levaram a redes mais frouxas e irregulares, com TPA produzindo a estrutura mais aberta e desigual, mais parecida com um compósito do que com um filme puro e uniforme. Medidas por difração de raios X confirmaram essa impressão visual: fibras de celulose derivadas da glicose mostraram alta cristalinidade (empacotamento apertado) normalmente associada a celulose forte e bem ordenada, enquanto as fibras de EG foram um pouco menos ordenadas e as de TPA foram muito mais desordenadas.

Ouvindo Moléculas com Luz

Os cientistas então usaram duas técnicas baseadas em luz—espectroscopia Raman e infravermelho—para “ouvir” as vibrações das moléculas dentro das membranas. Esses métodos funcionam como impressões digitais, revelando que ligações estão presentes e quão bem arranjadas estão as cadeias. Todas as três amostras exibiram os sinais característicos da celulose, provando que as bactérias realmente sintetizaram o polímero esperado a partir de cada fonte de carbono. Mas houve diferenças importantes: as amostras de EG e TPA mostraram assinaturas mais fortes de regiões desordenadas e amorfas, enquanto a nanocelulose baseada em glicose apresentou sinais mais nítidos de zonas cristalinas ordenadas. No material alimentado com TPA, bandas espectrais extras corresponderam a grupos tereftalato, indicando que alguns fragmentos relacionados ao PET permaneceram retidos na membrana e não foram totalmente convertidos.

O Que Isso Significa para Materiais Mais Limpos

Em termos práticos, o estudo mostra que certas bactérias podem consumir partes dos resíduos moleculares do PET e reformá-las em lâminas de celulose, embora a qualidade dessas lâminas dependa fortemente da matéria-prima. A glicose ainda fornece as fibras mais limpas e ordenadas, mas o EG, em particular, pode aumentar a quantidade de material produzida, e o TPA pode ser ao menos parcialmente transformado enquanto fica incorporado em um filme rico em celulose. A abordagem ainda não faz o PET desaparecer completamente—alguns fragmentos semelhantes ao plástico permanecem e teriam de ser removidos—mas aponta uma rota promissora para o “bio-upcycling”, em que plásticos persistentes são convertidos em materiais menos problemáticos. Com otimização adicional do processo e etapas de purificação, a nanocelulose bacteriana cultivada em monômeros de PET poderia fazer parte de um sistema circular que tanto gerencia resíduos plásticos quanto fornece membranas sustentáveis e de alto desempenho.

Citação: Eriksson, R., Mariam, I., Ramser, K. et al. Characterization of bacterial nanocellulose cultivated on polyethylene terephthalate (PET) monomers via raman and fourier transform infrared spectroscopy. Sci Rep 16, 13133 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-46886-z

Palavras-chave: nanocelulose bacteriana, upcycling de PET, poluição por plástico, materiais biodegradáveis, Análise Raman e FTIR