Una revisión de la literatura científica realizada en la UPV/EHU resalta el potencial de los materiales híbridos basados en nanocristales de celulosa

La celulosa, para fabricar materiales avanzados y dirigir a la sociedad hacia una economía circular

Redacción Interempresas25/06/2020

En la última década han aumentado las publicaciones científicas y patentes sobre el polímero natural más abundante, la celulosa. Mediante la revisión de dichos trabajos, un investigador del Departamento de Expresión Gráfica y Proyectos de Ingeniería de la UPV/EHU ha estudiado el nivel de desarrollo de los materiales nanohíbridos formados por nanocristales de celulosa combinados con partículas orgánicas e inorgánicas. Está centrado en los métodos de fabricación, los tipos de nanohíbridos creados y sus aplicaciones.

El profesor del Departamento de Expresión Gráfica y Proyectos de Ingeniería de la UPV/EHU Erlantz Lizundia Fernandez trabaja con polímeros renovables; “buscamos impulsar la economía circular, y utilizamos materiales renovables para sustituir las aplicaciones que hoy en día provienen del petróleo, o, por ejemplo, para utilizarlos como sustitutos de elementos escasos como el litio o el cobalto. Mi investigación está centrada en la celulosa, y entre todos los tipos de celulosa, he trabajado sobre todo con nanocristales”, comenta.

Han realizado la revisión de los estudios publicados donde se basan en la celulosa para la fabricación de materiales avanzados (Jan Pietruszka-Stockfresh).

Como experto en la materia, Lizundia, junto con otros tres investigadores de Italia y Canadá, ha realizado la revisión de los principales desarrollos y avances que ha habido últimamente en el área de los nanocristales de celulosa. “Existe un gran número de trabajos de investigación que explican la síntesis de este tipo de materiales, y dirigidos hacia lo que se conoce como proof of concept, es decir, demostrar que pueden ser utilizados para una aplicación en concreto. Los nanocristales de celulosa han sido ampliamente utilizados para fortalecer mecánicamente los polímeros. Y sin embargo, no hay casi ningún trabajo que catalogue y explique las aplicaciones de los materiales híbridos creados con nanocristales de celulosa. Esa ha sido nuestra aportación: hemos descrito el estado actual de esa área de conocimiento, mediante una revisión en profundidad de los trabajos que se han publicado al respecto”, aclara el investigador.

Los cristales de celulosa se pueden extraer de cualquier elemento que contenga celulosa, ya sea un árbol como un periódico, y estos cristales se utilizan como base, como matriz, para fabricar materiales multifuncionales, hibridándolos con otros componentes, como nanopartículas de óxidos metálicos, nanopartículas de carbono u otras de origen natural. Los materiales creados tienen numerosas propiedades interesantes: son renovables y biodegradables, su adquisición es sencilla y barata, ofrecen una gran flexibilidad, son de baja densidad y de gran porosidad, y cuentan con propiedades mecánicas, térmicas y fisicoquímicas formidables, entre otras. En el análisis realizado, han estudiado en profundidad tres aspectos de los materiales híbridos: el proceso de fabricación mediante el que se forman, los tipos de materiales híbridos creados y las aplicaciones para las que son utilizados.

Múltiples aplicaciones en ingeniería y medicina

Lizundia y el resto de investigadores han revisado los métodos de fabricación que se han utilizado para formar materiales híbridos de diversas morfologías y formas. “El método más utilizado es el más simple de todos”, comentan en el artículo: en una disolución se mezclan los nanocristales de celulosa y el resto de elementos que formarán el material híbrido; esta disolución se decanta en una superficie y se deja que se evapore el agua”. A través de esa técnica, los nanocristales de celulosa conforman estructuras en forma de hélice, estructuras nemáticas quirales. “La particularidad de esas estructuras es que dotan al material de color estructural. Los nanocristales están organizados en capas, y en función de la distancia que haya entre las capas, el material híbrido reflejará luz de una longitud de onda u otra, que es lo mismo que decir que será de un color u otro”, añade Lizundia.

Además del método de fabricación citado, en el estudio también tuvieron en cuenta la filtración, la impresión 3D, el ensamblaje capa a capa del material y el proceso sol-gel. En todos los casos, describen el nivel de desarrollo del método, y citan las características de los materiales creados a través de él. Aunque posteriormente dedican un capitulo completo a las características de los nanohíbridos que se han formado en los distintos estudios analizados, clasificados en función de los elementos que se añaden a los nanocristales: metales, óxidos metálicos, nanofibras y nanopartículas de carbono, capas de grafeno, nanopartículas luminiscentes, etc. Por último, examinan las aplicaciones que se han propuesto para los materiales híbridos, enfocados principalmente a los ámbitos de la ingeniería y la medicina. Entre las aplicaciones en ingeniería, destacan los sensores, catalizadores, materiales para el tratamiento de aguas residuales y las aplicaciones energéticas desarrolladas mediante nanocristales de celulosa, y entre las dirigidas a aplicaciones médicas, por su parte, citan las contribuciones que se han realizado mediante nanomatriales híbridos a ámbitos como la ingeniería de tejidos, la liberación de fármacos, las soluciones antibacterianas y los vendajes para heridas.

En cada una de las partes mencionadas, repasan lo logrado en los diferentes trabajos de investigación, pero también aportan su valoración como expertos en la materia, sobre el potencial de los materiales y lo que falta por desarrollar. Lizundia llega a la siguiente conclusión: “Este trabajo ha servido para recopilar toda la investigación que se encuentra dispersa, ofrecemos una imagen completa del nivel de desarrollo de los materiales híbridos. De esta forma, esperamos incrementar el interés hacia ellos, y que se impulsen investigaciones en este ámbito, para rellenar los huecos que hemos detectado, como el estudio de la nanotoxicidad en aplicaciones médicas o la determinación del impacto medioambiental de estos materiales”.

Información complementaria

Erlantz Lizundia Fernandez es profesor e investigador del Departamento de Expresión Gráfica y Proyectos de Ingeniería de la Escuela de Ingeniería de Bilbao de la UPV/EHU, donde imparte clases de expresión gráfica y ecodiseño/economía circular. Su labor investigadora está dirigida a los polímeros renovables, y el presente estudio lo ha realizado junto a sendos investigadores de la Universidad de Perugia, la Universidad de Tuscia (ambas italianas) y la canadiense Universidad British Columbia.