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Atividade Financiada

Sistemas de nanoengenharia concebidos com fitoquímicos naturais para a mitigação da bioincrustação em superfícies industriais

Nanoengineered systems tailored with natural phytochemicals for biofouling mitigation on industrial surfaces

Referência
2022.06149.PTDC
Data de Início do Projeto
2023-03-01
Data de Fim do Projeto
2027-02-28
Investigador Principal
Coinvestigador Principal
Área Científica
Ciências da engenharia e tecnologias
Programa de Financiamento
Concurso de Projetos de I&D em Todos os Domínios Científicos - 2022 - ICDT

Resumo

A adesão microbiana em superfícies (biofilme) e consequente formação de bioincrustação tem sido documentada em muito ambientes diferentes. Os biofilmes fornecem um modo protegido de crescimento dos microrganismos, permitindo-lhes sobreviver em condições hostis. Contudo, a sua omnipresença tem impacto direto e indireto em todas as infraestruturas da sociedade, incluindo sistemas de gestão de água e operações marítimas, por ex. transporte, sistemas de energia (on)offshore , tratamento de água. Quando instaladas nestas infraestruturas, implicam graves perdas económicas e ambientais e riscos biológicos para a sociedade. Dos seus efeitos diretos mais danosos, inclui-se a sua capacidade de acomodar populações microbianas patogénicas (vírus e bactérias) causadoras de doenças, e de biocorrosão prematura dos materiais (MIC), envolvendo custos avultados apenas na sua reabilitação, e com impactos ambientais e sociais a longo prazo subestimados, e amplificados pelo aumento do consumo e do aquecimento global. As estratégias anti-bioincrustantes têm sido amplamente seguidas. Contudo, a mais eficaz baseia-se na libertação de agentes tóxicos e persistentes na proximidade de superfícies contaminadas, implicando períodos de proteção mais curtos e levando a efeitos de ecotoxicidade nos ecossistemas, permanecendo ineficazes sob a atual procura e diretrizes ambientais. O controlo da bioincrustação é considerada uma prioridade europeia, e as soluções verdes para as atividades industriais sustentáveis um requisito fundamental na transição verde no centro do Plano de Ação da Economia Circular da UE, encorajando os esforços para compreender e gerir o papel dos microorganismos na sociedade e sustentabilidade das suas infraestruturas. Neste contexto, estratégias de prevenção emergentes apontam para o potencial dos nano-agentes funcionais [9], mas carecem de eficácia, prova de conceito em condições mais realistas, e avaliação do seu impacto ambiental, uma vez que se baseia em mecanismos de libertação de agentes, e cujos efeitos secundários cumulativos sobre o ambiente aquático estão sob escrutínio. Estas lacunas estão a desafiar a sua implementação. Este projeto NanoBioMitig visa encontrar novos nanomateriais não tóxicos de inspiração natural para inferir efeitos protetores contra a micro-incrustação e subsequente bioincrustação em superfícies. Tirará partido do know-how da equipa em estratégias não-lixiviantes com validação industrial, agentes naturais, bioincrustação, nanotecnologias e ecotoxicidade para explorar a imobilização de metabolitos bioativos fitoquímicos naturais em nano-sistemas e gerar revestimentos nanocompósitos protetores, baseados em matrizes de polímeros comerciais. A abordagem de não-lixiviação combinada com a valorização das fontes naturais atualmente subexploradas, permitirá o desenvolvimento de medidas preventivas ecológicas e duradouras contra as ameaças biológicas e prosseguir para a sua aplicação real. Para esta alternativa de bio-mitigação mais ecológica, pretende-se utilizar diferentes estratégias sinérgicas, nomeadamente: i. seleção de fitoquímicos disponíveis mais promissores, usando critérios baseados na sua funcionalidade estrutural com suscetibilidade de enxerto, estabilidade, bioatividade e ecotoxicidade; ii. conceção de nano-agentes bioativos, funcionalizados com os fitoquímicos selecionados, e capazes de inferir bioatividade amplificada após imobilização em várias matrizes comerciais de revestimento adequadas a diferentes sistemas e condições aquáticas; iii. investigar a relação entre as propriedades físico-químicas dos nanomateriais e sua bioatividade, permitindo uma melhor compreensão das modificações de nano superfície à função bioativa; iv. avaliar a compatibilidade ambiental dos nanomateriais; e 5. testar o desempenho anti-incrustante dos revestimentos nanocompósitos mais promissores em laboratório, protótipos simulados e condições reais para abordar diferentes cenários e potenciais aplicações. O projeto NanoBioMitig é apoiado por uma equipa interdisciplinar e complementar, incluindo dois grupos de investigação da FCiências.ID, a equipa BioISI (estratégias anti-incrustantes, validação real, nanotribologia e microbiologia), e a equipa MARE (ecotoxicidade, agentes bioativos naturais), e mais dois grupos de investigação, um da FEUP, a equipa LEPABE (biofilmes, testes simulados de protótipos) e do IST-ID, a equipa iBB (propriedades de superfície das nanotecnologias). Juntos, acabarão por fornecer nano-agentes de base natural não tóxicos e escaláveis, metodologias para a sua imobilização em revestimentos para proteção de superfícies contra a bioincrustação, e uma melhor compreensão da sua interação com comunidades microbianas. Irão também impulsionar a valorização dos recursos biológicos e fornecer estratégias de potencial exploração no terreno, que têm um impacto relevante na prevenção e minimização dos efeitos da bioincrustação nas infraestruturas e no ambiente.

Instituições

Instituições Principais

  • FCiênciasID Associação para a Investigação e Desenvolvimento de Ciências (Fciências.ID)

Outras Instituições

  • Associação do Instituto Superior Técnico para a Investigação e Desenvolvimento (IST-ID)
  • Universidade do Porto Faculdade de Engenharia (FEUP)
  • Universidade do Porto Faculdade de Ciências (FCUP)

Financiamento 249.979,89 €

Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT) - Portugal

249.979,89 €