Quais são os principais tipos de nanocelulose?

Nanocelulose é o nome genérico dado às estruturas nanométricas da celulose, ou seja, às partículas microscópicas de dimensão inferior a 100 nanómetros. Para termos uma ideia da escala, um fio de cabelo tem, em média, 80 mil nanómetros de espessura. Atualmente consideram-se três principais tipos de nanocelulose:

• celulose nanofibrilada (NFC) ou celulose microfibrilada (MFC);
• celulose nanocristalina (CNC) ou nanocelulose cristalina (NCC);
• nanocelulose bacteriana (NCB).

As principais diferenças entre estes tipos de nanocelulose estão na sua estrutura: a celulose organizada em feixes paralelos no caso da NFC/MFC ou em cristais no caso da CNC/NCC; e na sua origem: a NFC é obtida de fibras de madeira, a NCC provém de plantas e outras fontes e a NCB é produzida por processos de fermentação não fotossintética por bactérias.

A celulose nanocristalina e a celulose micro/nanofibrilada podem obter-se por meios químicos ou mecânicos e enzimáticos. Estes processos permitem quebrar a estrutura e encadeamento original das fibras de celulose (presentes nas plantas ou madeira) para obter novas configurações. As minúsculas fibrilas reagrupam-se então em novas arquiteturas, entrecruzadas por um gel aquoso e semitransparente. Assim, quando se consegue fazer o isolamento destas novas matrizes, compostas por uma parte fibrosa amorfa e outra parte aquosa cristalina, é possível obter nanopartículas de celulose com diferentes morfologias, cristalinidades e propriedades.

Quando a celulose nanocristalina é isolada obtêm-se cristais de celulose reconhecidos por terem elevada pureza. Com uma estrutura altamente cristalina que lhes dá transparência ótica, têm também, entre outras características, elevada estabilidade térmica, alta rigidez e resistência, assim como compatibilidade biológica. Os grupos funcionais na superfície da celulose nanocristalina (átomos e conjuntos de átomos que dão propriedades específicas às moléculas) podem ser modificados e ligados a outros materiais para obter novas características ou funcionalidades. Esta versatilidade, que possibilita, por exemplo, adicionar propriedades antibacterianas ou outras bioativas, amplia a gama de aplicações destes nanocristais em materiais avançados.

Estas aplicações vão desde a produção de papéis com características únicas e superfícies funcionais (como por exemplo novas películas transparentes para embalar alimentos), à eletrónica, passando pelas aplicações biomédicas (incluindo implantes médicos, tratamentos de feridas, administração de medicamentos e suporte para engenharia de tecidos e enxertos vasculares).

Quando a celulose micro/nanofibrilar é obtida, as suas fibras têm uma estrutura menos cristalina do que a celulose nanocristalina, mas uma área superficial mais ampla, com grande resistência mecânica e flexibilidade, que permite moldá-la sem a partir. Tem sido bastante valorizada, por isso, como agente de reforço em diferentes bioplásticos – plásticos híbridos, papéis e películas finas de embalagem. Também neste caso é possível alterar quimicamente as funcionalidades ou propriedades iniciais da celulose micro/nanofibrilar (ou adicionar-lhe novas funcionalidades e propriedades). Outra das suas características comuns com a celulose nanocristalina é a biocompatibilidade.

Produzida a partir de açúcares simples (incluindo os que compõem a celulose), a nanocelulose bacteriana obtém-se de forma diferente: é fermentada por estirpes específicas de bactérias, num processo “limpo” que ajuda a obter um biomaterial de grande pureza.

A nanocelulose bacteriana é composta por fibras ultrafinas, agregadas numa rede tridimensional porosa e cristalina, e entre as suas características, merecem referência a elevada biocompatibilidade, a baixa toxicidade, e a forte estabilidade estrutural e térmica, propriedades que têm sido valorizadas em soluções biomédicas – desde regeneração de tecidos humanos a materiais para implantes cirúrgicos, passando por biossensores, e em outras aplicações onde há interação com organismo (cosmética, alimentação e embalagens alimentares, por exemplo).

Tipos de celulose aliam nanotecnologia e biotecnologia a um material natural

Estes diferentes tipos de nanocelulose aliam nanotecnologia e biotecnologia a uma matéria-prima renovável e amplamente disponível na natureza – a celulose, que está presente em todas as plantas terrestres e na madeira das árvores, assim como em algumas algas.

A nanocelulose corresponde à a unidade de biomassa mais pequena e resistente que se conhece, podendo inclusive obter-se a partir de resíduos florestais e agroflorestais. Em todos os casos, as suas propriedades incluem, entre outras, resistência, leveza, biocompatibilidade e biodegradabilidade.

A morfologia, tamanho e propriedades dos três tipos de nanocelulose podem ser influenciadas ou estar dependentes de três conjuntos de fatores:

– o material de origem da celulose,
– as condições e métodos de isolamento e processamento (mecânicos, químicos e enzimáticos e bacterianos no último caso),
– os pré ou pós-tratamentos a que pode ser submetida (que lhe podem alterar ou adicionar propriedades e funcionalidades). Alguns deles podem afetar (inadvertidamente) as propriedades estruturais e mecânicas iniciais das fibras de nanocelulose.