Muchos
objetos de plástico, como los desechables o embalajes, se fabrican
sin pensar en su vida útil. Si por ejemplo, fabrico una botella de
agua, no te puedo perseguir para que la eches al contenedor que le
toca, explica Javier Fernández doctor en Nanobiotecnología por la
Universidad de Barcelona, investigador en Harvard y docente de la
Singapore University of Technology and Design. Con una carrera
enfocada a reducir el consumo de plástico, él tiene su propia
apuesta: el quitosano.
Javier
Fernández suma ya tres publicaciones científicas sobre las
propiedades de este material biodegradable que podría jubilar al
plástico y abrir nuevas vías de investigación en medicina,
industria e impresión en 3D. Para su primera publicación, publicada
en Advanced Materials en 2012, el investigador se “encerró”
literalmente, según cuenta en la biblioteca de Zoología de Harvard
para estudiar minuciosamente los caparazones de insectos y
crustáceos. Así, dio con las bases para crear el shrilk, una mezcla
a base de quitosano, material presente en caparazones de crustáceos
e insectos, y fibroína, una proteína de la seda.
El
investigador reprodujo la estructura de los insectos en la naturaleza
para diseñar un 'shrilk' que posee una fuerza que duplica la del
plástico y además es biodegradable.
“La
piel de un insecto está hecha de quitosano, proteínas y en la parte
más externa, hay una capa similar a la cera resistente al agua. El
quitosano y la fibroína se combinan para dotar al esqueleto de
rigidez (alas) o elasticidad (articulaciones)”. Para ilustrar estas
propiedades, el investigador cita el caso del Rhodnius Prolixus, un
insecto común en América Central y Sudamérica que “es capaz de
controlar su rigidez, como cuando se infla para absorber sangre de
otras especies”. Así, el investigador reprodujo esta misma
estructura de los insectos en la naturaleza para diseñar un shrilk
que posee una fuerza que duplica a la del plástico (120 Mpa) y es
biodegradable.
“A
raíz de la publicación, recibimos muchas llamadas de empresas
interesadas en implantar el material”, explica el científico. Por
un lado, la industria quiere reducir la dependencia del plástico.
Por otro lado, empresas médicas están interesadas en aplicaciones
que van desde cura de hernias, sutura reabsorbente, pegamento
quirúrgico o piel artificial. Sin embargo, había un problema con la
seda, que “encarecía mucho el proceso para finalidades
industriales”.
Es
el segundo material orgánico más abundante en la Tierra, por detrás
de la celulosa. Así, el equipo de Javier Fernández trabajó para
reducir el coste en la rama industrial y, finalmente, dio con la
fórmula exacta para crear un quitosano, sin seda, que reproduce a la
perfección sus características naturales. Esta segunda publicación
fue en 2013, también en la revista científica Advanced Functional
Materials.
El
investigador insiste en que no están creando un nuevo material.
"Empleamos técnicas de microelectrónica y nanotecnología para
diseñar la estructura y las propiedades extraordinarias que posee el
quitosano en la naturaleza para poder destinarlo a otras
aplicaciones”.
Una
de las principales ventajas del material es que el quitosano es muy
barato. “Tradicionalmente, lo hemos usado como un desecho”, dice
el investigador. “Es el caso de cabezas y caparazones de gamba
recogidos por la industria pesquera que, en su mayoría van directos,
a la basura. Además, es muy fácil de conseguir, ya que es el
segundo material orgánico más abundante en la Tierra por detrás de
la celulosa”.
Una
vez en el laboratorio, el quitosano llega en forma de polvo o
escamas, similares a un cereal de desayuno. Se le añade agua y ácido
acético para conseguir su disolución.
(Nota
de química: los protones del ácido acético reaccionan con el
quitosano de manera que las moléculas de este último se separan y
se obtiene una disolución definitiva del 4% de quitosano en agua).
“Ahora
bien, lo que queremos es conseguir que el quitosano recupere su
estructura y propiedades naturales partiendo de esa disolución”,
explica el científico. Así, el proceso requiere una segunda fase en
la que se evapora la disolución “de forma muy controlada”. “Hay
un tiempo exacto en el que la disolución se convierte en un cristal
líquido, que al tacto se parece mucho a la plastilina, de manera que
fluye pero conservando moléculas de cristal”. Según el grado de
evaporación, la mezcla poseerá unas propiedades más líquidas o
viscosas.
Posteriormente,
un tercer trabajo académico publicado a principios de 2014 en
Macromolecular Materials and Engineering, ahonda en las posibilidades
del quitosano como material para imprimir grandes estructuras en 3D y
hacer la producción escalable. Sin embargo, a día de hoy, esta
técnica requiere que las empresas modifiquen su proceso productivo,
con lo que esperan un mayor desarrollo para terminar de incorporar el
quitosano definitivamente.
El
investigador español recuerda que el quitosano se descubrió en el
siglo XIX y que, a principios del XX, se investigaron sus propiedades
hasta el punto que la empresa química DuPont conserva patentes de
esa época.
No
obstante, la introducción del plástico, un producto que el
investigador califica como “el material del siglo XX”, hizo que
se detuviera la investigación en quitosano y otros materiales. No
fue hasta los años 70 del siglo pasado, a raíz de la preocupación
por los materiales sostenibles, que se recuperó esta rama de la
ciencia. “Hemos rescatado un material olvidado para tratar de
usarlo como lo hace la naturaleza y de acuerdo con el medio
ambiente”.
Un
claro ejemplo lo muestra el vídeo, en el que una semilla plantada
sobre una superficie de quitosano crece y florece en 20 días. “El
quitosano se degrada en el medio ambiente y sabemos, como mínimo,
que no entorpece el crecimiento de otras especies”.
