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Biopolímeros y biodegradabilidad: la alternativa a los materiales convencionales

En general, la Industria del Plástico está dominada completamente por polímeros sintéticos, es decir, polímeros con propiedades específicas producidos a partir de recursos fósiles. Y dado que el mercado está determinado por el precio y el rendimiento, las alternativas para diseñar polímeros basados con materias primas no convencionales (en muchos casos biopolímeros) se tornan poco probables acotando su beneficio a sólo palabras, contraponiendo a los gobiernos que imponen regulaciones y restricciones al favorecer comunidades sostenibles y de base biológica [1].

Un ejemplo desconcertante es el uso cotidiano del fósforo como fertilizante. En cantidades pequeñas es un nutriente esencial para el crecimiento de las plantas, sin embargo, en cantidades excesivas se vuelve tóxico. La escorrentía cargada de fósforo procedente de los campos de cultivo envenena después ríos, lagos y océanos, impactando la vida marina de manera devastadora. Lo anterior, vinculado a la producción industrial de materiales poliméricos que usan productos basados en fósforo, se suman a la problemática.

Solución a la vista

El desarrollo de biopolímeros ha sensibilizado de modo significativo todas y cada una de las esferas de la vida humana debido a su eco-amigabilidad y biodegradabilidad. La exploración de mejores alternativas con propiedades materiales mejoradas y costos reducidos ha sido una de las principales prospecciones en el orbe [2].

El desarrollo de materiales basados en biopolímeros en aplicaciones de ingeniería es uno de esos esfuerzos que encaja ese contexto.


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Durante las últimas décadas, se han realizado innumerables estudios de investigación para la producción de una amplia variedad de materiales biopoliméricos y sus compuestos, con propiedades mejoradas y, en casos excepcionales, multifuncionales, desplazando por completo a sus contrapartes sintéticas [3]. La figura 1 presenta algunos biopolímeros usados de manera regular en la industria.

Estructuras químicas de algunos biopolímeros.

El inicio de una nueva era

Los nanocompuestos y bio-nanocompuestos fabricados con polímeros biocompatibles, en donde, efectivamente, se busca que sean biopolímeros, destacan por sus aplicaciones en el sector energético, así como en aplicaciones biomédicas e inclusive en industrias dedicadas a la producción de material de empaque para la industria alimentaria.

Los materiales compuestos son el objetivo en la industria de los polímeros que involucran diferentes tipos de rellenos (fase de reforzamiento) a base de celulosa, nanoarcillas, fibras de vidrio, nanomateriales cerámicos, puntos cuánticos de carbono, talco y muchos otros, incorporados a polímeros y biopolímeros para potenciar la calidad del producto final con evidentes mejoras en su desempeño en aplicaciones perfectamente diseñadas.

Sector médico

El factor crítico que toca el potencial de un nanocompuesto y un bio-nanocompuesto es la interacción entre el material de relleno y la fase matriz. Los materiales de relleno actúan como puentes moleculares en la matriz polimérica y de esta manera mejoran las propiedades mecánicas de los materiales compuestos. El material bio-nanocompuesto incrementa la biocompatibilidad y la biodegradabilidad, características deseables en aplicaciones biomédicas, por lo que el cuerpo las absorbe o elimina gradualmente siendo irrelevantes los efectos colaterales.

Los sensores biodegradables son un beneficio para detectar cuándo se está echando a perder un alimento

Bajo esa misma óptica, el calificado uso de polímeros biodegradables está en el campo de las aplicaciones médicas por sus intrínsecas ventajas sobre los polímeros no biodegradables, proporcionando excelentes propiedades a un bajo costo en comparación con otros polímeros ejemplificadas en suturas degradables, micropartículas liberadoras de fármacos, nanopartículas y estructuras mesoporosas de arquitectura y topologías bien diseñadas para el crecimiento celular.

Esos polímeros biodegradables, además, pueden presentar actividad óptica, alto grado de cristalinidad (grado de orden estructural en un sólido), tacticidad (estereoquímica relativa de centros quirales adyacentes) y peso molecular controlable; aspectos que imprimen enorme versatilidad. En ese mismo orden de ideas, el uso de materiales biocompatibles y biodegradables para la fabricación de sensores minimiza las reacciones de cuerpos extraños a los implantes biomédicos.

Sensores biodegradables

Los principales logros en el desarrollo de sensores biodegradables son bastante nuevos y comenzaron hace aproximadamente una década con materiales de sensores parcialmente degradables y recientemente con nuevos avances en materiales funcionales y métodos de fabricación, se diseñan circuitos inalámbricos [4].

Otros aspectos que son un desafío en la obtención de materiales adecuados para sensores biodegradables es la biocompatibilidad y las propiedades mecánicas apropiadas con tensiones mínimas sobre el tejido circundante.

Tomando en consideración lo antes expuesto, podemos concluir que el futuro de los materiales biocompatibles realizados con biopolímeros es ciertamente prometedor, sobre todo en las áreas biomédica y en ámbitos que buscan su biodegradabilidad.

Referencias

[1]         Droesbeke, M. A.; Aksakal, R.; Simula, A.; Asua, J. M.; Du Prez, F. E. Biobased Acrylic Pressure-Sensitive Adhesives. Prog. Polym. Sci. 2021, 117, 101396. https://doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2021.101396.

[2]         Xiang, Y.; Li, C.; Hao, H.; Tong, Y.; Chen, W.; Zhao, G.; Liu, Y. Performances of Biodegradable Polymer Composites with Functions of Nutrient Slow-Release and Water Retention in Simulating Heavy Metal Contaminated Soil: Biodegradability and Nutrient Release Characteristics. J. Clean. Prod. 2021, 294, 126278. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.126278.

[3]         Umesh, M.; Shanmugam, S.; Kikas, T.; Lan Chi, N. T.; Pugazhendhi, A. Progress in Bio-Based Biodegradable Polymer as the Effective Replacement for the Engineering Applicators. J. Clean. Prod. 2022, 362 (April), 132267. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2022.132267.

[4]         Hosseini, E. S.; Dervin, S.; Ganguly, P.; Dahiya, R. Biodegradable Materials for Sustainable Health Monitoring Devices. ACS Appl. Bio Mater. 2021, 4 (1), 163–194. https://doi.org/10.1021/acsabm.0c01139.

 

 

 

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