11 agosto de 2025
Homogeneizadores GEA alimentam biotintas para medicina regenerativa
A GEA se esforça ao máximo para impulsionar a inovação no processamento industrial para demonstrar verdadeiramente o propósito da empresa "Engineering for a better world" em diversos setores, desde cervejarias até biomedicina. Os engenheiros da empresa também gostam de desafios. Assim, quando, no início da década de 2020, a GEA foi abordada por cientistas da Universidade de Tecnologia de Graz para configurar um processo de homogeneização e uma tecnologia que lhes permitisse transformar a polpa de eucalipto em estruturas orgânicas impressas em 3D que imitassem veias, artérias e outros tecidos humanos, a GEA estabeleceu uma colaboração com a equipe da universidade e começou logo a trabalhar.
A equipe da GEA passou um tempo com os cientistas para conhecer em profundidade suas pesquisas, desafios e objetivos, a fim de compreender plenamente o papel crítico que a homogeneização desempenha na criação de fibras de celulose nanoestruturadas a partir da polpa de eucalipto como matéria-prima inicial. Em apenas alguns anos, em parceria com a chefe acadêmica do projeto, Profa Dra. Mag. Karin Stana Kleinschek, Ph.D., vice-diretora do Instituto de Química e Tecnologia de Sistemas de Base Biológica (IBioSys) da Universidade, a equipe desenvolveu um processo robusto de homogeneização. Ele permite que os pesquisadores processem a nanocelulose derivada do eucalipto como uma “tinta” líquida.
Essas tintas à base de nanocelulose podem ser impressas em 3D para formar estruturas que reproduzem a biomecânica anisotrópica de diferentes tecidos humanos, como vasos sanguíneos e traqueias, explica Rupert Kargl, Ph.D., professor assistente no IBioSys. Após os testes apropriados, esses “tecidos” de origem vegetal, gerados a partir de recursos renováveis, poderão ser utilizados para preparar modelos de órgãos que reproduzam a anatomia e a biomecânica das artérias´ dos pacientes. “Esses modelos podem, potencialmente, ser utilizados por cirurgiões para planejar intervenções cardiovasculares e adaptar implantes à anatomia do paciente”, afirma Kargl.
Esses modelos podem, potencialmente, ser utilizados por cirurgiões para planejar intervenções cardiovasculares e adaptar implantes à anatomia do paciente.
Rupert Kargl, Ph.D.
Professor Assistente no IBioSys
Prof Dr. Mag. Karin Stana Kleinschek, Ph.D., vice-diretora do Instituto de Química e Tecnologia de Sistemas de Base Biológica (IBioSys) da Universidade, à esquerda, conversa com a Dra. Silvia Grasselli, chefe de Tecnologia de Processos de Homogeneização da GEA.
Hardware personalizado: um Homogeneizador GEA Panther 3006
Para o projeto em andamento, a equipe da universidade adquiriu, em 2024, um Homogeneizador GEA Panther 3006, um sistema compacto capaz de processar até 50 litros de tinta de nanocelulose por hora. Emulsões de nanocelulose são difíceis de bombear, e homogeneizadores padrão, como aqueles que poderiam ser usados para processar produtos lácteos, por exemplo, não são adequados. Assim, para o processo de nanocelulose da universidade, a GEA projetou e configurou uma unidade Panther otimizada para manipular o material, e o sistema inclui também a bomba de enchimento e o resfriamento.
A Dra. Silvia Grasselli, chefe de Tecnologia de Processos de Homogeneização da GEA, liderou a colaboração em homogeneização de nanocelulose com Stana Kleinschek e a equipe do IBioSys. Ela explica que, para desenvolver o processo e o sistema de homogeneização em paralelo, a GEA iniciou realizando testes de volume muito baixo no centro de excelência em homogeneização da GEA, demonstrando a viabilidade do próprio processo e ajustando com precisão os parâmetros do processo, a instalação do homogeneizador e a configuração dos componentes.
Em seguida, os engenheiros otimizaram o processo e a tecnologia em uma escala maior e resolveram desafios potenciais, particularmente relacionados à capacidade de bombeamento da emulsão de celulose em água. Representantes da GEA também viajaram até a universidade, em 2024, para instalar no local o homogeneizador Panther 3006, realizar e verificar a configuração do sistema e auxiliar no treinamento da equipe de Stana Kleinschek para sua operação.
A configuração do homogeneizador é autossuficiente e de fácil utilização, permitindo que a equipe da universidade opere, programe e realize a manutenção no dia a dia. E o importante, os cientistas podem ajustar o processo de homogeneização para auxiliar na criação de fibras de nanocelulose e tintas para impressão 3D com estrutura precisa, tornando possível projetar as propriedades desejadas nos produtos finais.
Uma impressora 3D carregada com a biotinta de nanocelulose da equipe imprime uma estrutura tubular.
Viabilizando a ciência dos materiais a partir dos primeiros princípios
“Na verdade, a nanocelulose pode ser adquirida já parcialmente processada, mas a professora Stana Kleinschek estava interessada em projetar os materiais a partir dos primeiros princípios”, afirma Grasselli. “Utilizando nossa tecnologia, os cientistas podem adaptar a fórmula e realizar pesquisas adicionais sobre os efeitos do pré-tratamento e da homogeneização nas propriedades e na estrutura do material. Isso lhes proporciona maior controle sobre o processo, como a escolha da fonte de fibras e o pré-tratamento, além de oferecer uma compreensão mais profunda de como a homogeneização impacta a estrutura da nanocelulose e a reologia do material e das peças finais impressas em 3D”.
Kargl valoriza especialmente o fato de que a pressão, a concentração de fibras, o número de ciclos e a temperatura podem ser ajustados. “A matéria-prima, o pré-tratamento, o número de ciclos e a pressão têm a maior influência no tamanho das fibras e na reologia da tinta”, afirma ele.
Dipl. Eng. O Dr. Florian Lackner, Assistente Universitário no IBioSys, mostra um pouco de polpa de eucalipto de fibra curta seca.
Os pesquisadores do instituto combinam expertise em química e tecnologia de materiais de base biológica, trabalhando no desenvolvimento de métodos para obtenção, síntese e modificação de produtos naturais bioativos provenientes de fontes renováveis. As potenciais aplicações são inúmeras, incluindo seu uso em impressão 3D, revestimentos e substâncias tensoativas, em áreas que vão desde dispositivos e implantes biomédicos até embalagens, têxteis, cosméticos e revestimentos para papel.
Totalmente adaptável e colaborativo
“A colaboração contínua entre a GEA e a equipe do Instituto IBioSys é particularmente empolgante porque os pesquisadores da universidade estão na vanguarda da pesquisa e do desenvolvimento de materiais de base biológica”, afirma Grasselli. “Eles estão conectados com pesquisadores – tanto dentro do centro tecnológico quanto externamente – em áreas correlatas ou relacionadas, e nós estamos aqui para trabalhar com eles e oferecer nossa expertise em processamento e nossas tecnologias para ajudar a acelerar a pesquisa e o desenvolvimento em uma ampla gama de campos inovadores de produtos e aplicações de base biológica”.
A colaboração contínua entre a GEA e a equipe do IBioSys Institute é particularmente empolgante porque os pesquisadores da universidade estão na vanguarda da pesquisa e do desenvolvimento de tecnologia de materiais de sistemas de base biológica.
Silvia Grasselli
Chefe de Tecnologia de Processos de Homogeneização da GEA
