Los polímeros se introducen en el corazón de los materiales

Los plásticos le sacan partido a todo

Es bien sabido que la madera es uno de los materiales más antiguos usados por el hombre. Incluso hoy, lejos de ser un material obsoleto, sigue teniendo aplicaciones en muchos sectores como el de la construcción, donde es casi indispensable para fabricar las estructuras de las viviendas unifamiliares. En la era de los materiales de alta tecnología, este sector sigue usando la madera, y no por motivos estéticos ya que la estructura de una casa casi siempre permanece oculta a la vista. Se sigue utilizando porqué es un material ligero y con buenas prestaciones mecánicas gracias a su estructura celular anisótropa única. La anisotropía es un término que sirve para designar cualquier material cuyas propiedades físicas varían según la dirección. La madera es un perfecto ejemplo de ello, puesto que es más o menos sensible al cizallamiento dependiendo de si la fuerza se aplica en una u otra dirección con respecto a sus fibras. La sustitución de la madera por un material artificial ha sido hasta ahora un reto prácticamente inalcanzable. Sin embargo, parece que un equipo de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China ha encontrado una solución al problema: han desarrollado una madera polimerizada e inspirada en la naturaleza, hecha de resina fenólica y melamina. Esta madera sintética tiene una estructura celular muy similar a la de la madera natural. Este nuevo material es, por tanto, ligero y resistente como la madera. Además, ofrece un aislamiento térmico y una resistencia al fuego muy superiores y es menos sensible al agua y a la corrosión ácida. Esta nueva familia de maderas poliméricas inspiradas en la naturaleza podría reemplazar la madera natural usada en los entornos especialmente húmedos.

Un equipo de científicos de China ha diseñado un polímero sintético con las mismas propiedades que la madera, material en el que se ha inspirado. Una buena noticia para los bosques, que no siempre se gestionan con criterios ecológicos.

El efecto del loto: los fluoropolímeros convierten el aceite en esferas

El propósito del recubrimiento exterior de un edificio no es puramente estético; también protege de la lluvia que podría acabar filtrándose y dañando la estructura. Cabe recordar que la lluvia es uno de los peores enemigos de los edificios porqué, además de estropearlos, su acción abrasiva es responsable del deterioro del revestimiento de pintura. Existen coberturas protectoras, principalmente de plástico, pero suelen ser mucho más caras que una simple mano de pintura. Dependiendo de la región, el revestimiento debe volver a aplicarse prácticamente cada 10 o 15 años. Se estima que solo esto representa el 13 % del coste de mantenimiento de un edificio.

Una pintura basada en la silicona reproduce el efecto del loto y permite el autolavado de los edificios cada vez que llueve.

El loto, conocido por sus grandes cualidades hidrófobas, es el sueño de cualquier fabricante de pinturas. Es conocido desde hace tiempo que el secreto de esta planta reside tanto en su composición química como en su rugosidad a escala nanométrica, la cual impide que las gotas de agua se adhieran a su superficie y se expandan hacia afuera: las gotas de agua permanecen redondas como una pelota, ruedan y arrastran con ellas el polvo que encuentran por el camino. Este efecto es de vital importancia para el loto.

Teniendo en cuenta que vive en la superficie del agua, la planta actúa como un receptáculo natural del polvo que hay alrededor. Sin embargo, el polvo puede bloquear la luz del sol y afectar a la fotosíntesis. La fábrica de pinturas Sto, de Alemania, ha sido la primera en imitar con éxito el efecto del loto al diseñar un material de revestimiento basado en una resina de silicona: el siloxano polimerizado. Después de un secado de 24 horas, la resina reproduce la nanoestructura de la hoja del loto, por lo que facilita que el agua de la lluvia se vaya rodando llevándose con ella el polvo y la suciedad.
Algunos investigadores han dado un paso más logrando que estas pinturas sean además oleófobas. Existe gran interés por este producto, en especial en los centros urbanos donde los tags y los grafitis no siempre se consideran la máxima expresión artística. Cabe señalar que las pinturas que usan dichos «artistas» son al aceite. Un ingeniero alemán del Instituto de Tecnología de Karlsruhe ha dado ya un gran paso adelante. Empezó su investigación desde cero, centrándose en las propiedades de los plásticos fluoropolímeros (el Teflón© es uno de los más conocidos). En su laboratorio, consiguió crear superficies que son ultrarrepelentes tanto al agua como al aceite. ¡El efecto del loto 2.0! La pintura, denominada fluoroporo, todavía es demasiado sensible a la abrasión para poder comercializarse. Dicho esto, en Karlsruhe se están llevando a cabo grandes esfuerzos para solucionar este problema y esperan lograrlo pronto para empezar a explotar este nuevo recubrimiento cuanto antes.

Los plásticos cambian de imagen

Desde hace algún tiempo, los principios que rigen la autorregulación de la temperatura corporal humana y, en general, la de los animales de sangre caliente, han sido objeto de extensas investigaciones en varios laboratorios de todo el mundo. Sin embargo, estos mecanismos son extremadamente complejos y no se comprenden bien, por lo que resultan muy complicados de reproducir en un laboratorio. Pero esto no significa que los investigadores hayan tirado la toalla; de hecho, simplemente están cambiando de táctica. ¿Que los mamíferos son demasiado complejos? Ningún problema: algunas plantas poseen características equivalentes y las comprendemos mejor. Los investigadores saben que las hojas regulan su temperatura mediante el sistema vascular, el cual modula la absorción de la radiación solar a través del flujo de un microfluido. Inspirándose en este modelo, investigadores de la Universidad de Nottingham, en Inglaterra, han desarrollado un nuevo material sintético basado en un polímero (no se dispone de más información sobre su composición) que es capaz de regular su propia temperatura. El reto implicaba reproducir la red de canales por los que fluye un líquido activo a escala nanoscópica. Son muchas las posibles aplicaciones de tal material, especialmente en el sector sanitario, donde podría ayudar a las personas con quemaduras graves a regular la temperatura de su piel y en consecuencia favorecer la curación. También podrían usarse en las naves espaciales, en concreto en sus baterías, que acusan las grandes diferencias de temperatura que se experimentan en el espacio.

Nanomedic Technologies, una empresa emergente israelí, está en vías de comercializar un dispositivo que es capaz de expandir piel sintética sobre una quemadura, por ejemplo. Es difícil obtener información concreta sobre este proceso que actualmente solo se comercializa en Israel. Simplemente sabemos que gira en torno al principio del electrospinning o electrohilado, un proceso que crea nanofibras mediante la aplicación de un fuerte campo eléctrico sobre un polímero.

Una empresa israelí está en vías de comercializar un dispositivo capaz de producir una segunda piel a partir de un polímero. La piel de polímero podría aplicarse directamente sobre una quemadura, facilitando así la curación y proporcionando una protección eficaz frente a las bacterias.

Las fibras se sueldan entre ellas en forma de capas, creando un recubrimiento de nanofibras que imita el tejido de la piel y ayuda a proteger la superficie sobre la que reposa, facilitando así la regeneración del tejido perdido. Nanomedic ambiciona expandirse a nivel mundial y ya ha recibido la etiqueta CE para su distribución en Europa. En consecuencia, no tendremos que esperar mucho para conocer un poco más sobre esta tecnología. 

Polímeros y naturaleza: una relación pegadiza

Otra importante fuente de motivación para los científicos es comprender mejor y poder reproducir los sistemas de adhesión que desarrolla la naturaleza. El famoso gekko (enlace al primer artículo) es un perfecto ejemplo de ello. No obstante, esta no es la única vía que está siendo objeto de investigación por parte de los científicos, quienes también están muy interesados en el famoso pegamento de los mejillones. Los mejillones, al nacer, son del tamaño del plancton y se instalan rápidamente sobre una base fija (normalmente una roca) donde permanecerán durante toda su vida hasta que mueran. Nada puede despegarles de su hogar, ni vientos ni mareas. Para que esto sea posible, el mejillón produce un pegamento denominado biso que endurece en contacto con el agua salada. Un equipo de la Universidad de California ha descubierto recientemente sus secretos. Explicado de forma sencilla, tiene que ver con la habilidad del mejillón para producir una proteína capaz de formar una fuerte unión con cualquier material. Este descubrimiento ha suscitado gran entusiasmo entre la comunidad científica y muchos laboratorios ya se han puesto manos a la obra para reproducir sintéticamente este adhesivo. Es mucho lo que está en juego porqué un superadhesivo de este tipo tendría numerosas aplicaciones, tanto a nivel industrial como en el campo de la medicina para la sutura de heridas, por ejemplo. Por otro lado, el comprender mejor los mecanismos por los que los moluscos se adhieren a las superficies abre nuevas perspectivas en cuanto a encontrar un modo de evitar que colonicen los cascos de las embarcaciones. Cabe recordar que estos organismos perjudican considerablemente la aerodinámica, causando un sobreconsumo de combustible en las embarcaciones. Un laboratorio de Bremen, en Alemania, está muy cerca de conseguirlo. Estos investigadores han usado un sintetizador de péptidos en fase sólida para crear cadenas de diez aminoácidos. Los diversos aminoácidos se encuentran anclados a esferas de plástico antes de formar un enlace químico. Usando esta sustancia adhesiva se podría obtener un adhesivo bicomponente destinado a las aplicaciones industriales. Uno de los dos componentes proporciona las propiedades de unión, mientras que el otro acelera el proceso de endurecimiento. Y... ¡funciona! El proceso todavía debe industrializarse, lo que probablemente requerirá algunos años más.

El secreto del biso de los mejillones, más conocido como el pegamento del mejillón, ha sido descubierto recientemente. Ahora solo falta reproducirlo a fin de comercializar un superadhesivo. Varios laboratorios están trabajando en el tema y es solo cuestión de tiempo que lo logren.