Primeros bio-tejidos más fuertes que el acero a partir de nanocelulosa de eucalipto

Pensar en que un material extraído desde la médula de microfibras de eucalipto podría ser más resistente que el acero o el titanio, además de biodegradable, era –hasta hace algunos años- una quimera. No obstante, la nanocelulosa, también conocida como el súper material del futuro, ha dado pasos agigantados en nuestro país de la mano de científicos y estudiantes del Centro de Biomateriales y Biotecnología (CBN) de la Universidad del Biobío, en Concepción.

De acuerdo a las cifras del Instituto Forestal, en Chile existen 16,7 millones de hectáreas de bosque lo que representa el 23,2% del territorio nacional. De este porcentaje, 2,4 millones de hectáreas corresponden a bosque plantado y, de ellas,  el 0,8 %  son eucaliptos. Es precisamente esta riqueza forestal la que llevó a investigadores chilenos a asumir el desafío de adentrarse en las nuevas oportunidades que otorga la madera y crearon un film o bio-tejido basados en la nanotecnología, entendida como el conjunto de técnicas para manipular y controlar la materia a nivel de nanómetro, es decir, imperceptible al ojo humano.

William Gacitúa, director del Departamento de Ingeniería en Maderas de la UBB y del Centro de Biomateriales y Nanotecnología (CBN), y quien ha liderado estas investigaciones junto a un equipo integrado por más de 15 académicos y alumnos, explica que la génesis de esta línea de aplicaciones (2010) estuvo en la ejecución de dos proyectos del Fondo de Fomento al Desarrollo Científico y Tecnológico (Fondef) de Conicyt, relacionados con aplicaciones de nanotecnologías como herramientas para la fabricación de celulosa Premium y mejor valorización de especies de rápido crecimiento, como los eucalyptus. 

Cuatro años más tarde apostaron por desarrollar biotejidos de celulosa a escala nanométrica (diámetro menor a 100 nanómetros) lo que implicó tomar estas fibras y reconstruirlas en otro material. Fue así como en los laboratorios del CBN y con equipos de microscopía electrónica, un nanoindentador, que permite caracterizar las propiedades de la madera a nivel de nanoescala, y una línea de producción de nanofibras y nanopartículas, más una máquina de electrospinning obtuvieron los primeros biotejidos altamente impermeables, renovables y muy resistentes. Además estos biofilms tienen un tiempo aproximado de degradación de unos 5 meses, una de las grandes ventajas que tiene por sobre el plástico.

Con una textura similar a la del teflón, posee una amplia funcionalidad que permite utilizar este biotejido como un material para cubrir y conservar alimentos como frutas y verduras; e incluso ser utilizado en la industria aeronáutica y automotriz aprovechando sus características que lo hacen ser un material de bajo peso. Según los investigadores, la nanocelulosa de eucalipto perfectamente podría ser utilizada en paneles de automóviles u otras estructuras de un vehículo para reducir peso y alcanzar un mejor consumo de combustible. 

“Nosotros estamos apuntando a agregar este  elemento o biomaterial, de excelentes propiedades mecánicas, para reforzar esos materiales poliméricos que tienen baja resistencia y en esa línea son las aplicaciones”, dijo William Gacitúa. 

Y los resultados han sido más que alentadores. Las pruebas realizadas con polímeros determinaron que sus propiedades mecánicas aumentaron de un 20 a 30 por ciento. Junto a ello capturó la humedad y el vapor. “Esto permite bajar los consumos del polímero y en vez de hacer un material más grueso para que tenga cierta funcionalidad, puedes hacer una película más delgada, es decir más eficiente”, precisa Gacitúa. 

Con una resistencia incluso superior al kevlar, material que se utiliza en chalecos antibalas, aviones de combate y trajes espaciales; la nanocelulosa incluso podría retardar la acción del fuego si se le agrega algún aditivo. “El objeto finalmente se va a quemar pero el biotejido va a retardar la combustión o carbonización”, explica el investigador.

Interés del mundo privado

El éxito de la nanocelulosa desarrollada por los científicos de la UBB ha despertado el interés del sector privado donde ya existen empresas interesadas en aplicar esta técnica en sus procedimientos de fabricación, algunas de ellas relacionadas a la producción de madera. 

Nanotec es una empresa dedicada al desarrollo de productos con nanotecnología en nuestro país. Conocedores del trabajo realizado por William Gacitúa y su equipo, su gerente general Patricio Jarpa, se interesó en apoyar la investigación y desarrollar nanocelulosa.

“La resistencia mecánica de la nanocelulosa va a lograr que muchos materiales cambien en su composición. El día de mañana se van a deleitar utilizando esta fibra o jugando con estos materiales en combinación con los que hoy se conocen, porque como consumidores queremos  productos que sean más resistentes, que no se mojen, que sean totalmente flexibles y livianos. Viene una revolución en esto”, sostiene el ejecutivo.

Masisa es otra de las empresas que ha decidido apoyar estas investigaciones y apostar por la nanocelulosa.

“Las iniciativas de investigación refuerzan el trabajo conjunto entre el mundo universitario y privado, donde la búsqueda de nuevas soluciones juega un rol clave en el mercado del futuro y contribuye a seguir creciendo en base a relaciones de confianza”, señala Esteban Ramírez, gerente I+D+i, Procesos y Tecnología de la forestal.

Nanocelulosa de la quila

Otra de las áreas de investigación que emerge en los laboratorios del CBN son las propiedades que que ofrecería la nano celulosa de quila. Patricia Oliveira, estudiante de Doctorado de la UBB, ahonda en esta nueva área de investigación. Buscó alcanzar una estabilidad técnica térmica para edificaciones menores con el objetivo de obtener una calefacción más uniforme y una retención de calor en la vivienda. Para ello optó por insertar nanocristales de celulosa de quila en un termoplástico.

“Ocupamos un bio-polímero reforzado con nanocelulosas, que me dio un producto unido, resistente, duradero que, a condiciones extremas naturales, tiene la ventaja de ser biodegradable, por lo tanto es un producto que tiene las características de cumplir el objetivo de barrera térmica y al paso vapor de agua en una vivienda”, explica la investigadora.

La novedosa investigación, que desarrolla hace más de tres años, incluyó que se estableciera por cinco meses en la Universidad de Aalto de Finlandia, entidad académica que ha colaborado con el equipo del director del CBN de la UBB.

Justamente Finlandia y Estados Unidos son los países pioneros en el desarrollo de la nanocelulosa. En los investigadores chilenos existe confianza que nuestro país avanza a pasos agigantados en el desarrollo de novedoso nanomaterial. A modo de ejemplo, en la Universidad del Bio Bío se busca involucrar a los estudiantes de pre y post grado en este tipo de investigaciones.