Convertir las plantas en materiales de nueva generación
La transición hacia una economía más ecológica y sostenible requerirá nuevos materiales fabricados con fuentes renovables. Las nanopartículas y micropartículas de celulosa y lignina constituyen materiales objetivo prometedores debido a su origen biológico vegetal. Los investigadores del proyecto BioELCell, financiado por el Consejo Europeo de Investigación, desarrollaron nuevos métodos para desensamblar polímeros de origen vegetal y, después, ensamblarlos de nuevo en materiales funcionales que, en el futuro, sustentarán las bioeconomías de Europa y del resto del mundo. «En BioELCell se han desarrollado nanomateriales de celulosa derivados de recursos vegetales, incluidos residuos de biomasa», comenta Orlando Rojas, profesor invitado en la Universidad Aalto y antiguo coordinador del proyecto BioELCell.
Nanofabricación ecológica
El equipo de BioELCell creó métodos de procesamiento y nanofabricación ecológicos para fabricar nuevos materiales de origen vegetal. En general, este procedimiento incluyó el aislamiento, fraccionamiento y reducción de tamaño de estructuras poliméricas presentes en la naturaleza. «En la práctica, se trata de una deconstrucción descendente que origina compuestos básicos que, a continuación, se ensamblan en nuevas estructuras con funciones inherentes a los materiales de partida, pero con arquitecturas diseñadas a medida mediante un proceso de síntesis ascendente», explica Rojas.
Expectación por los nuevos nanomateriales
El equipo de BioELCell creó varios materiales nuevos, que ya han despertado un gran interés entre un amplio público y los medios de comunicación. Entre ellos se encuentran los filamentos producidos con nanocelulosa y que tienen aplicaciones biomedicina como materiales electroactivos y estructurales. Otros avances incluyen el supraciclaje de residuos agroforestales en filamentos, películas y materiales impresos en tres dimensiones. Pueden utilizarse ampliamente, incluida la adsorción de CO2, como materiales de construcción e, incluso, en estructuras de arrecifes artificiales. «BioELCell desarrolló métodos de biofabricación novedosos para crear geometrías complejas guiando a los microorganismos (mediante aerotaxis) mediante un proceso de biofabricación, que ya se ha aplicado a la fabricación de implantes biomédicos», agrega Rojas. Las arquitecturas obtenidas a partir de residuos de poda de arándanos se utilizaron en entornos submarinos como, por ejemplo, en experimentos llevados a cabo en la costa de Cozumel (México), cuyo objetivo es favorecer la restauración de arrecifes de coral.
Avanzar en la ciencia de los nanomateriales
«Más recientemente, el equipo de BioELCell ha hecho descubrimientos científicos con repercusiones de gran calado en el ámbito de los nanomateriales de quitina y lignina», destaca Rojas. El primero nanomaterial es un biopolímero derivado de biomasa oceánica (como los restos de gamba y cangrejo), hongos e insectos, mientras que el segundo es una biomacromolécula aromática que se encuentra en las plantas. Cabe destacar que BioELCell es pionero en el desarrollo de un sistema de aerosol para producir partículas secas de lignina, que se han utilizado en la estabilización de emulsiones, la captura de carbono, los colores fotónicos y las biotintasas, entre otros. El equipo del proyecto ha utilizado asimismo el aprendizaje automático para diseñar microestructuras de taninos. Además, el empleo del autoensamblaje de nanocristales de celulosa inducido por evaporación permitió crear un «superpegamento» de base acuosa, cuyo rendimiento es similar al de sus homólogos microfabricados de última generación. «Se han descrito diferentes aplicaciones más avanzadas, por ejemplo, en dispositivos biomédicos, sensores y materiales energéticos», comenta Rojas.
Establecer nuevas asociaciones
En el marco de la Boreal Alliance, y como rama de BioELCell, se ha establecido una asociación sólida entre Finlandia y Canadá. Dos organizaciones de la Universidad de Aalto y la Universidad de Columbia Británica trabajan ahora para promover la bioeconomía circular en el sector forestal. Uno de los objetivos comunes de estas organizaciones es reducir el riesgo de las tecnologías de transformación de recursos renovables en bioproductos, fomentando la aplicación de conocimientos y añadiendo valor a materiales que, de otro modo, se considerarían residuos.
Palabras clave
BioELCell, lignina, nanocristales, residuos, nanomateriales, ciencia, plantas, economía sostenible, materiales
