Derivados de crustáceos y algas marinas podrían reemplazar las películas plásticas a base de petróleo
Según una nueva investigación de la Universidad Estatal de Carolina del Norte, los materiales con estructura mejorada derivados de crustáceos y algas marinas podrían ser parte de una respuesta de próxima generación al desafío de reemplazar las películas plásticas a base de petróleo.
La combinación de quitosano, un biopolímero que endurece los caparazones de los cangrejos, con agarosa, un biopolímero extraído de algas marinas que se utiliza para fabricar geles, crea películas compuestas de biopolímeros únicas con mayor resistencia.
Las películas también son biodegradables, tienen propiedades antibacterianas, repelen el agua y son transparentes. Los hallazgos podrían eventualmente conducir a películas de embalaje sostenibles para alimentos y bienes de consumo.
"¿Cómo encontramos sustitutos sostenibles para los polímeros sintéticos?", preguntó Orlin Velev, profesor distinguido de ingeniería química y biomolecular en la NC State y autor correspondiente de un artículo que describe la investigación.
"Con los polímeros sintéticos se obtienen películas muy buenas, pero queremos sustituirlas por biopolímeros naturales. La pregunta es ¿Cómo ajustamos la estructura conjunta de estos polímeros naturales (en nuestro caso, agarosa y quitosano) para que podamos tener todas las propiedades deseables de los polímeros sintéticos dentro de una película biodegradable y sostenible?
Puede que no sea suficiente simplemente mezclar quitosano y agarosa. Velev dice que esfuerzos anteriores para producir tales mezclas reportaron mejoras en las propiedades, pero cuando se secaron, crearon películas arenosas que pueden carecer de la resistencia adecuada.
En cambio, Velev y sus colaboradores adoptaron un enfoque diferente, reforzando las películas de agarosa con material de escamas coloidales fibriladas, llamados coloides dendríticos blandos, elaborados a partir de quitosano. Las fuertes fibrillas de quitosano a micro y nanoescala están ramificadas jerárquicamente para proporcionar resistencia y estabilidad a la película de agarosa donde están incrustadas.
Imagen derecha: Fabricación de partículas de quitosano y coloides dendríticos blandos y características microestructurales y macroscópicas de las películas compuestas.
"Es un desafío modificar químicamente los polímeros naturales, pero podemos alterar su morfología y usarlos como compuestos", dijo Yosra Kotb, doctora en la NC State y primera autora del artículo.
"Utilizamos partículas dendríticas de quitosano para reforzar la matriz de agarosa debido a que la compatibilidad de ambos materiales conduce a buenas propiedades mecánicas; las partículas de quitosano también tienen una carga opuesta a la de la agarosa. Cuando se mezclan, estas cargas se neutralizan por lo que los materiales resultantes también se vuelven más resistentes al agua".
Los compuestos de biopolímeros son aproximadamente cuatro veces más fuertes que las películas de agarosa solas, según muestra la investigación, y también resisten a E.coli, una bacteria comúnmente estudiada. El artículo también mostró que una lámina hecha de películas compuestas de biopolímeros se degradaba en gran medida después de un mes bajo tierra, mientras que, en comparación, una bolsita de plástico común para sándwich permanecía completamente intacta después del mismo período bajo tierra.
"Curiosamente, nuestro compuesto es inicialmente fuertemente antibacteriano", dijo Velev, "pero debido a que está hecho de materiales naturales, después de algún tiempo las bacterias aún lo colonizarán, por lo que después de un mes bajo tierra, se biodegradará fácilmente".
Velev añadió que su laboratorio seguirá trabajando para realizar mejoras en la estructura de las películas compuestas de biopolímeros con el objetivo de igualar las propiedades de las de polímeros sintéticos.
"Si envasas alimentos, querrás que el paquete sea impermeable al oxígeno y al agua", dijo. "Pero los materiales naturales son permeables, por lo que seguiremos trabajando para hacer que nuestras películas sean más impermeables al agua y al oxígeno".
Aumentar la escalabilidad del proceso de producción de materiales también es uno de los futuros objetivos. "¿Cómo se fabrica la película sustituta de polímero en un proceso continuo que sea lo suficientemente rápido como para producirla en cantidades suficientemente grandes, como la fabricación de papel?", dijo Velev.
Los hallazgos aparecen en Cell Reports Physical Science: Hierarchically reinforced biopolymer composite films as multifunctional plastics substitute
