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Nanocristales de celulosa: ¿la solución contra el plástico?

Nanocristales de celulosa: ¿la solución contra el plástico?

Alrededor de 13 millones de toneladas de plástico son derramadas en los océanos cada año y actualmente se encuentran más de 5 billones de fragmentos de plástico flotando en éstos, mientras miles de especies tratan de adaptarse a nuevos ecosistemas infectados por esta plaga. Para 2050, casi todas las especies de aves marinas consumirán plástico y se tendrán más de 12 millones de toneladas de estos desechos en los basureros y en la naturaleza, según cifras de National Geographic. (Garay, C., 2019).

Ante esta problemática, la aplicación de materiales renovables, ecológicos y sostenibles se ha vuelto cada vez más importante para producir distintos productos de alto consumo con bajo impacto ambiental. En los últimos años, la nanocelulosa ha demostrado ser uno de los materiales verdes más destacados y que más ha llamado la atención, debido a sus atractivas características, como lo son, ser considerada la materia prima más abundante en la tierra, sus destacadas propiedades mecánicas, renovabilidad, no toxicidad y biocompatibilidad. (Trache, D., et al., 2020). Además, no solo se le puede encontrar en plantas, otros organismos como algas, bacterias y algunos invertebrados marinos también son capaces de producirla. Este polímero se sintetiza como cadenas largas, las cuales se ordenan formando una especie de esqueleto en forma de fibras con un diámetro de entre 2 y 20 nm (George, J. y SN, S., 2015). Cuando estas fibras son tratadas químicamente en un laboratorio o fábrica es posible obtener nanocristales de celulosa (CNC por sus siglas en inglés). Y debido a su arreglo ordenado, los CNCs tienen muy buenas propiedades mecánicas, como fuerza, flexibilidad y autoensamblaje. Su potencial de aplicaciones es muy grande y diverso. Es posible usar los CNCs en materiales compuestos, circuitos, baterías, recubrimientos como pinturas y barnices, e incluso como envoltura de alimentos (Lin, N., et al., 2012).

Conociendo las propiedades presentes en los CNCs es notoria la razón por la cual son un foco de interés para implementación como material de empaque de alimentos. Laboratorios en diferentes países están trabajando con nanocelulosa y sus aplicaciones. En específico sobre el empaque de alimentos, se están investigando los procesos de ensamblaje capa por capa (Layer-by-Layer Assembly), extrusión de nanocompuestos y electrospinning. El método de ensamblaje capa por capa consiste en colocar diferentes sustancias (incluidos los CNCs) una sobre otra creando un sólido complejo multi estructural con propiedades de cada una de éstas. Por otro lado, el proceso de extrusión de nanocompuestos inicia con la fundición y posterior moldeo de los materiales a usar. Generalmente los materiales en este procedimiento son una combinación de polímeros. Por último, el electrospinning, es una técnica basada en fuerzas electroestáticas para producir fibras. Los productos con CNCs  de estos tres procesos pueden bloquear el paso de gases como oxígeno y dióxido de carbono incluso más que los plásticos usados convencionalmente. Incluso si las condiciones del ambiente son húmedas o en temperaturas bajo cero, los envoltorios con CNCs permiten que el tiempo de vida de anaquel de los productos sea mayor (Fotie, G., et al., 2020).

Entonces, ¿hemos encontrado un reemplazo para el plástico? Aunque la nanocelulosa y los nanocristales de celulosa son materiales versátiles y con un gran espectro de aplicación, cambiar los métodos de producción no es tan sencillo. Reemplazar los plásticos usados como envoltorio o empaquetado de alimentos implica hacer inversiones significativas y modificar la logística de las compañías relacionadas. No obstante, no podemos ser indiferentes al calentamiento global, los plásticos, aunque un porcentaje se recicle o reúse, la gran mayoría termina en los océanos, esperando por décadas para desintegrarse. Creemos que la implementación de nanocelulosa y CNCs en los envoltorios de alimentos traerá grandes beneficios a largo plazo. Un material renovable, no tóxico, biodegradable con propiedades impresionantes es sin duda alguna una mejor opción.

Referencias:

[1] Fotie, G., Limbo, S., & Piergiovanni, L. (2020). Manufacturing of Food Packaging Based on Nanocellulose: Current Advances and Challenges. Nanomaterials, 10(9), 1726. https://doi.org/10.3390/nano10091726

[2]Garay, C. C. (2019). Mil millones de objetos plásticos en el océano para 2020. National Geographic.

[3] George, J., & S N, S. (2015). Cellulose nanocrystals: synthesis, functional properties, and applications. Nanotechnology, Science and Applications, 45. https://doi.org/10.2147/nsa.s64386

[4]Lin, N., Huang, J., & Dufresne, A. (2012). Preparation, properties and applications of polysaccharide nanocrystals in advanced functional nanomaterials: a review. Nanoscale, 4(11), 3274. https://doi.org/10.1039/c2nr30260h

[5] Trache, D., Tarchoun, A. F., Derradji, M., Hamidon, T. S., Masruchin, N., Brosse, N. y Hussin, H. M. (2020). Nanocellulose: From Fundamentals to Advanced aplications. International Journal of Nanomedicine. 8:392. doi: 10.3389/fchem.2020.00392.

Acerca de los autores:

Mónica Leal Palma. Estudiante de la Licenciatura de Nanotecnología e Ingeniería Molecular y la Licenciatura de Químico Farmacéutico Biólogo en la Universidad de las Américas Puebla (UDLAP). Pertenece al capítulo estudiantil Catalyst de la American Chemical Society y es miembro activo de la organización estudiantil WIBSA.  monica.lealpa@udlap.mx

Suani Mercedes Reyes Cabrera. Estudiante de la Licenciatura de Nanotecnología e Ingeniería Molecular en la Universidad de las Américas Puebla (UDLAP).  Actualmente está llevando a cabo una investigación, mediante Programa de Honores, sobre el estudio de la actividad anticancerígena, antibiótica, antiinflamatoria, insecticida y herbicida de extractos de plantas con el Dr. Luis Ricardo Hernández. También es miembro activo de la organización estudiantil Trífida, grupo de Astronomía enfocado en la difusión de la ciencia. suani.reyesca@udlap.mx

Por: Mónica Leal Palma. Estudiante de la Licenciatura de Nanotecnología e Ingeniería Molecular y la Licenciatura de Químico Farmacéutico Biólogo en la UDLAP.

Suani Mercedes Reyes Cabrera. Estudiante de la Licenciatura de Nanotecnología e Ingeniería Molecular en la UDLAP.

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