Obtienen un film biodegradable combinando biopolímeros derivados del mar

Investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte han usado biopolímeros de algas marinas y caparazones de cangrejo para fabricar materiales compuestos de origen natural que podrían servir como sustitutos de los plásticos a base de petróleo.

Los materiales con estructura mejorada derivados de crustáceos y algas podrían formar parte de una novedosa respuesta al reto de sustituir los films de plástico a base de petróleo, según una nueva investigación de la Universidad Estatal de Carolina del Norte, en EE-UU.

Combinando el quitosano -un biopolímero que endurece los caparazones de los cangrejos- con la agarosa -un biopolímero extraído de las algas marinas que se utiliza para fabricar geles- se crean unas películas únicas compuestas de biopolímeros con gran resistencia. Estas películas también son biodegradables, tienen propiedades antibacterianas, repelen el agua y son transparentes. Con el tiempo, los investigadores esperan que estos hallazgos puedan dar lugar a films de envasado sostenibles para alimentos y bienes de consumo.

«¿Cómo encontrar sustitutos sostenibles de los polímeros sintéticos?», se pregunta Orlin Velev, catedrático de Ingeniería Química y Biomolecular de la Universidad Estatal de Carolina del Norte y coautor del artículo publicado en Cell Reports Physical Science en en el que se describe la investigación. «Los polímeros sintéticos producen films muy buenos, pero queremos sustituirlos por biopolímeros naturales. La cuestión es cómo ajustamos la estructura de unión de estos polímeros naturales -en nuestro caso, agarosa y quitosano- para poder tener todas las propiedades deseables de los polímeros sintéticos dentro de un film sostenible y biodegradable».

Puede que no baste con mezclar quitosano y agarosa. Velev afirma que los esfuerzos anteriores para producir tales mezclas reportaron mejoras en las propiedades, pero al secarse crearon películas arenosas que pueden carecer de la resistencia adecuada.

En su lugar, Velev y sus colaboradores adoptaron un enfoque diferente, reforzando las películas de agarosa con material fibrilado a escala coloidal -denominado coloide dendrítico blando- fabricado a partir de quitosano. Las fuertes fibrillas a micro y nanoescala de quitosano están jerárquicamente ramificadas para proporcionar resistencia y estabilidad a la película de agarosa donde se incrustan.

«Es difícil modificar químicamente los polímeros naturales, pero podemos alterar su morfología y utilizarlos como compuestos», explica la doctora Yosra Kotb, primera autora del artículo. «Utilizamos partículas dendríticas de quitosano para reforzar la matriz de agarosa debido a la compatibilidad de ambos materiales, lo que da lugar a buenas propiedades mecánicas; las partículas de quitosano también tienen una carga opuesta a la de la agarosa. Al mezclarse, estas cargas se neutralizan, por lo que los materiales resultantes también se vuelven más resistentes al agua».

Los compuestos de biopolímeros son unas cuatro veces más resistentes que las láminas de agarosa por sí solas, según la investigación, y también resisten a la E. coli, una bacteria muy estudiada. El trabajo también demostró que una lámina fabricada con películas compuestas de biopolímeros se degradaba enormemente al cabo de un mes bajo tierra, mientras que, a modo de comparación, una bolsa de plástico común para sándwiches permanecía completamente intacta tras el mismo periodo bajo tierra.

«Curiosamente, nuestro compuesto es inicialmente fuertemente antibacteriano«, afirma Velev, «pero como está hecho de materiales naturales, después de algún tiempo las bacterias seguirán colonizándolo, por lo que después de un mes bajo tierra se biodegradará fácilmente.»

Velev añade que su laboratorio seguirá trabajando para mejorar la estructura de las películas compuestas de biopolímeros con el objetivo de igualar las propiedades de los polímeros sintéticos.

«Si envasamos alimentos, queremos que el envase sea impermeable al oxígeno y al agua», dijo. «Pero los materiales naturales son permeables, así que seguiremos trabajando para que nuestras películas sean más impermeables al agua y al oxígeno».

Aumentar la escalabilidad del proceso de producción del material también es uno de los objetivos futuros. «¿Cómo fabricar la película de polímero sustitutivo en un proceso continuo que sea lo suficientemente rápido como para hacerlo en cantidades suficientemente grandes, como la fabricación de papel?», plantea Velev.

La Universidad Estatal de Carolina del Norte ya ha presentado una solicitud de patente sobre las nuevas películas compuestas de biopolímeros y el proceso para crearlas.