El adi¨®s al pl¨¢stico est¨¢ en el caparaz¨®n de un insecto

¡°Muchos objetos de pl¨¢stico, como los desechables o embalajes, se fabrican sin pensar en su vida ¨²til. Si yo por ejemplo fabrico una botella de agua, no te puedo perseguir para que la eches al contenedor que le toca¡±, explica Javier Fern¨¢ndez, doctor en Nanobiotecnolog¨ªa 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 pl¨¢stico, ¨¦l tiene su propia apuesta: el quitosano.

Javier Fern¨¢ndez suma ya tres publicaciones cient¨ªficas sobre las propiedades de este material biodegradable que podr¨ªa jubilar al pl¨¢stico y abrir nuevas v¨ªas de investigaci¨®n en medicina, industria e impresi¨®n en 3D. Para su primera publicaci¨®n, publicada en Advanced Materials en 2012, el investigador se ¡°encerr¨®¡± ¡ªliteralmente, seg¨²n cuenta¡ª en la biblioteca de Zoolog¨ªa de Harvard para estudiar minuciosamente los caparazones de insectos y crust¨¢ceos. As¨ª, dio con las bases para crear el shrilk, una mezcla a base de quitosano ¡ªmaterial presente en caparazones de crust¨¢ceos e insectos¡ª y fibro¨ªna ¡ªuna prote¨ªna de la seda¡ª.

El investigador reprodujo la estructura de los insectos en la naturaleza para dise?ar un 'shrilk' que posee una fuerza que duplica a la del pl¨¢stico y, adem¨¢s, es biodegradable

¡°La piel de un insecto est¨¢ hecha de quitosano, prote¨ªnas y, en la parte m¨¢s externa, hay una capa similar a la cera resistente al agua. El quitosano y la fibro¨ªna se combinan para dotar al esqueleto de rigidez (alas) o elasticidad (articulaciones)¡±, explica el cient¨ªfico. Para ilustrar estas propiedades, el investigador cita el caso del Rhodnius Prolixus, un insecto com¨²n en Am¨¦rica Central y Sudam¨¦rica que ¡°es capaz de controlar su rigidez, como cuando se infla para absorber sangre de otras especies¡±. As¨ª, el investigador reprodujo esta misma estructura de los insectos en la naturaleza para dise?ar un shrilk que posee una fuerza que duplica a la del pl¨¢stico ¡ª120 MPa¡ª y, adem¨¢s, es biodegradable.

¡°A ra¨ªz de la publicaci¨®n, recibimos muchas llamadas de empresas interesadas en implantar el material¡±, explica el cient¨ªfico. Por un lado, la industria quiere reducir la dependencia del pl¨¢stico. Y, por otro lado, empresas m¨¦dicas est¨¢n interesadas en aplicaciones que van desde cura de hernias, sutura reabsorbente, pegamento quir¨²rgico o piel artificial. Sin embargo, hab¨ªa un problema con la seda, que ¡°encarec¨ªa mucho el proceso para finalidades industriales¡±, explica el cient¨ªfico.

Es el segundo material org¨¢nico m¨¢s abundante en la Tierra, por detr¨¢s de la celulosa

As¨ª, el equipo de Javier Fern¨¢ndez trabaj¨® para reducir el coste en la rama industrial y, finalmente, dio con la f¨®rmula exacta para crear un quitosano, sin seda, que reproduce a la perfecci¨®n sus caracter¨ªsticas naturales. Esta segunda publicaci¨®n tuvo lugar en 2013, tambi¨¦n en la revista cient¨ªfica Advanced Functional Materials.

El investigador insiste en que no est¨¢n creando un nuevo material. "Empleamos t¨¦cnicas de microelectr¨®nica y nanotecnolog¨ªa para dise?ar la estructura y las propiedades extraordinarias que posee el quitosano en la naturaleza para poder, as¨ª, destinarlo a otras aplicaciones¡±, explica.

Un tesoro en la basura

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 mayor¨ªa van directos, a la basura. Adem¨¢s, es muy f¨¢cil de conseguir, ya que es el segundo material org¨¢nico m¨¢s abundante en la Tierra por detr¨¢s de la celulosa¡±, a?ade.

Hemos rescatado un material olvidado para tratar de usarlo como lo hace la naturaleza y de acuerdo con el medio ambiente¡±

Una vez en el laboratorio, el quitosano llega en forma de polvo o escamas, similares a un cereal de desayuno. Se le a?ade agua y ¨¢cido ac¨¦tico para conseguir su disoluci¨®n. Nota de qu¨ªmica para dummies: los protones del ¨¢cido ac¨¦tico reaccionan con el quitosano de manera que las mol¨¦culas de este ¨²ltimo se separan y se obtiene una disoluci¨®n 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 disoluci¨®n¡±, explica el cient¨ªfico. As¨ª, el proceso requiere una segunda fase en la que se evapora la disoluci¨®n ¡°de forma muy controlada¡±. ¡°Hay un tiempo exacto en el que la disoluci¨®n se convierte en un cristal l¨ªquido, que al tacto se parece mucho a la plastilina, de manera que fluye pero conservando mol¨¦culas de cristal¡±, detalla Javier Fern¨¢ndez. Seg¨²n el grado de evaporaci¨®n, la mezcla poseer¨¢ unas propiedades m¨¢s l¨ªquidas o viscosas.

Posteriormente, un tercer trabajo acad¨¦mico 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 producci¨®n escalable. Sin embargo, a d¨ªa de hoy, esta t¨¦cnica requiere que las empresas modifiquen su proceso productivo, con lo que esperan un mayor desarrollo para terminar de incorporar el quitosano definitivamente.

A la sombra del pl¨¢stico

Ante tantas aplicaciones del quitosano y los beneficios de su coste, ?por qu¨¦ su estudio no ha explotado hasta ahora? El investigador espa?ol recuerda que el quitosano se descubri¨® en el siglo XIX y que, a principios del XX, se investigaron sus propiedades hasta el punto que la empresa qu¨ªmica DuPont conserva patentes de esa ¨¦poca.

No obstante, la introducci¨®n del pl¨¢stico, un producto que el investigador califica como ¡°el material del siglo XX¡±, hizo que se detuviera la investigaci¨®n en quitosano y otros materiales. No fue hasta los a?os 70 del siglo pasado, a ra¨ªz de la preocupaci¨®n por los materiales sostenibles, que se recuper¨® 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¡±, sentencia el investigador.

Un claro ejemplo lo muestra este v¨ªdeo, en el que una semilla plantada sobre una superficie de quitosano crece y florece en 20 d¨ªas. ¡°El quitosano se degrada en el medio ambiente y sabemos, como m¨ªnimo, que no entorpece el crecimiento de otras especies¡±, comenta Javier Fern¨¢ndez.

El cient¨ªfico dice que ¡°aproximadamente en un par de a?os¡± la producci¨®n de quitosano puede ser a gran escala. A¨²n as¨ª, a?ade que ¡°el uso de bolsas de pl¨¢stico es algo que se podr¨ªa solucionar f¨¢cilmente desde el punto de vista legislativo, ya que la sociedad no tendr¨ªa muchos problemas en usar bolsas de tela¡±. En cambio, el uso del pl¨¢stico a m¨¢s alta escala ¡°s¨ª que requiere de un desarrollo tecnol¨®gico con nuevos materiales que no tengan impacto medioambiental¡±.

De ahora en adelante, y ya instalado en Singapur, Javier Fern¨¢ndez seguir¨¢ perfeccionando las aplicaciones del quitosano. Asegura, de todas formas, que seguir¨¢ en contacto con Harvard y el MIT. En este sentido, antes de su marcha, cerr¨® una colaboraci¨®n con el departamento de Neri Oxman, profesora del Media Lab del MIT.