El material, con base de cáscaras de gambas, se endurece con el agua y aumenta su fuerza un 50 por ciento
El biomaterial del Instituto de Bioingeniería de Cataluña podría aplicarse en agricultura, pesca o embalaje
BarcelonaUn estudio del Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC) ha presentado un biomaterial único en el mundo que se endurece en contacto con el agua y se vuelve incluso más resistente, aumentando su fuerza un 50% tras la inmersión. Una alternativa sostenible que no es vulnerable al agua y que podría sustituir a los plásticos convencionales.
El nuevo material se consigue con quitosano, un polímero derivado de la quitina, un material sofisticado de la naturaleza y el segundo más abundante en el mundo después de la celulosa, que se encuentra en cáscaras de crustáceos como gambas o cangrejos y también hongos. Al quitosano le introdujeron níquel, un oligoelemento de origen natural que interactúa fácilmente con la quitina y se disuelve en el agua.
Se procesó en películas delgadas que comprobaron que se volvían muy resistentes al sumergirlas en agua, que tiene un papel activo en la estructura y hay una red dinámica de enlaces débiles y reversibles que se rompen y se vuelven a formar continuamente gracias a los iones de níquel y las moléculas de agua.
Nuevo paradigma
Para Javier G. Fernández, profesor de investigación ICREA en el IBEC, investigador principal del grupo de Materiales e Ingeniería Biointegrados y líder del estudio, lo importante es que "El material sigue siendo biológicamente puro a los ojos de la naturaleza; sigue siendo esencialmente la misma molécula que se encuentra en los caparazones de los insectos o en los hongos".
Según Fernández, la mayoría de los materiales actuales, desde los plásticos hasta los biopolímeros diseñados en laboratorio, están concebidos para soportar las condiciones ambientales. "Durante más de un siglo hemos asumido que, para funcionar en la naturaleza, los materiales deben aislarse de ella", explica y añade: "Esta investigación demuestra lo contrario: los materiales pueden prosperar interactuando con su entorno en lugar de aislarse de él".
El estudio se ha inspirado en una observación fortuita de hace años cuando se elimina el zinc de los colmillos del gusano de arena Nereis virens, estos se vuelven susceptibles a la hidratación y se ablandan al sumergirlos en agua. Este hallazgo sugiere que los metales pueden desempeñar un papel clave en la forma en que los materiales naturales interactúan con el agua
El proceso de fabricación incorpora un ciclo cerrado de níquel: el metal que no participa en la estructura se recupera durante la hidratación inicial y se reutiliza para producir nuevo material. El método logra así un uso del 100% del níquel, sin generar residuos.
Aplicaciones en agricultura, pesca o embalaje
El nuevo biomaterial abre un abanico de oportunidades porque la quitina se produce a gran escala en todo el mundo. "Cada año, el mundo produce alrededor de cien mil millones de toneladas de quitina, el equivalente a tres siglos de producción de plástico" explica Akshayakumar Kompa, investigador posdoctoral del grupo de Fernández y primer autor del estudio.
El quitosano puede producirse localmente. Las cáscaras de gamba siguen siendo la principal fuente industrial pero también se puede obtener mediante la bioconversión de residuos orgánicos, que van desde residuos alimentarios urbanos hasta subproductos fúngicos. "Nuestro objetivo es integrar la producción de estos materiales en el ecosistema local utilizando cualquier forma de quitosano disponible en la zona", asegura Kompa.
Así se se abren a aplicaciones en medios vinculados al agua como en la pesca para hacer hilos para redes o en la agricultura para cubrir el suelo o para invernaderos. También para hacer embalajes, tener aplicaciones en el ámbito sanitario o para formar recipientes estancos como vasos que podrían sustituir materiales de un solo uso.
Los autores señalan que es probable que el níquel no sea la única molécula capaz de generar este fenómeno y se podrían ampliar las posibilidades de reforzar biomateriales mediante el agua.