Un sustituto plástico biocompatible que puede degradarse en ambientes marinos
Según la UNESCO, los residuos plásticos representan el 80 % de la contaminación marina, y entre 8 y 10 millones de toneladas métricas de plástico llegan cada año a nuestros océanos.
Investigadores de la Escuela de Ingeniería Viterbi de la Universidad del Sur de California (USC) han descubierto que un mineral presente comúnmente en las conchas marinas podría ser la clave para una alternativa al plástico más segura.
La investigación está dirigida por Eun Ji Chung, titular de la cátedra Dr. Karl Jacob Jr. y Karl Jacob III de carrera temprana en la Escuela de Ingeniería Viterbi de la USC y experta líder en nanopartículas diseñadas para aplicaciones clínicas.
Chung tiene experiencia en biomateriales y su laboratorio desarrolló recientemente una nueva alternativa plástica biocompatible añadiendo carbonato de calcio de conchas marinas al poli(1,8-octanodiol-co-citrato) (POC), un material biodegradable aprobado por la FDA que se utiliza en dispositivos de fijación ortopédica.
Chung comenzó a retomar el trabajo que había realizado como estudiante de investigación de posgrado, donde trabajó en un polímero biodegradable hecho de ácido cítrico, presente en las naranjas. La investigación derivada de este trabajo se orientó a la creación de polímeros para aplicaciones biomédicas en suturas y dispositivos de fijación de tendones.
"En la escuela de posgrado, agregamos hidroxiapatita, que son estas partículas de calcio que están en el hueso, y las fabriqué juntas, y ahora son materiales biodegradables que ya están aprobados por la FDA", dijo Chung.
"Empecé a pensar que las conchas marinas también contienen calcio. Por eso son rígidas como el hueso. Pero tienen un tipo diferente de partícula de calcio. Así que, básicamente, adapté lo que hice y lo repliqué para que fuera más adecuado para un material plástico alternativo".
Imagen: El sustituto de plástico biocompatible del Laboratorio Chung puede utilizarse como sustituto de los anillos porta embases. Crédito: Laboratorio Chung de la Escuela de Ingeniería Viterbi de la USC.
Chung explicó que la textura del polímero de ácido cítrico es pegajosa, como una goma de mascar. Al añadirle partículas de calcio y calentarlo y curarlo en un horno, se forma un material similar al plástico. El material resultante, POC-CC, se desarrolló como prototipo y se cortó para formar anillos porta bebidas que fueran lo suficientemente resistentes para sostener las latas.
El equipo planteó la hipótesis de que el material POC-CC sería un sustituto plástico biocompatible que podría degradarse en ambientes marinos manteniendo la resistencia suficiente para aplicaciones industriales.
Para comprobarlo, se sintetizó POC-CC con diferentes concentraciones de carbonato de calcio. Durante seis meses, se observaron diversos factores, como la tasa de degradación del peso en agua de mar y el efecto del material en el pH del agua tras una incubación prolongada.
Imagen: Proceso de síntesis de POC y POC-CC. (a) Esquema de síntesis de POC-CC: Formación del prepolímero de POC, incorporación de CC y posterior polimerización. (b) Prepolímero de POC. (c) Solución de prepolímero de POC con CC incorporado en una placa de teflón de 12,7 cm de diámetro. (d) POC-CC tras el colado sobre una lámina de teflón de 15,24 cm x 30,48 cm. Crédito: MRS Communications (2025). DOI: 10.1557/s43579-025-00695-z
"Nuestros resultados muestran que la tasa de degradación aumenta con el aumento del contenido de POC, y la adición de CC mantiene el pH del agua del océano", dijo Chung.
Otro beneficio del material es su biocompatibilidad: no daña la vida marina como lo hacen los microplásticos introducidos. El equipo de investigación incubó un tipo de alga verde (Scenedesmus sp.) junto con el material POC-CC, manteniéndola en agua de mar simulada durante seis meses. El equipo observó una alta viabilidad celular, lo que confirmó la biocompatibilidad del sustituto plástico POC-CC con los microorganismos marinos.
Chung y su equipo están planeando ahora una versión mejorada de segunda generación del material para ayudar a que se degrade más rápido.
Chung agregó que el material tenía muchas potenciales aplicaciones, como por ejemplo en la producción de pajitas biodegradables que eran más fuertes que las de bambú o papel y más seguras que las de metal reutilizables.
La investigación se publicó en MRS Communications: Calcium carbonate-based biodegradable composites as an alternative material to industrial plastics
