Investigadores de la Universidad de Cambridge han creado una película de polímero que imita las propiedades de la telaraña, uno de los materiales más fuertes de la naturaleza.
El nuevo material es tan resistente como muchos plásticos comunes que se usan hoy en día y podría reemplazar el plástico en muchos productos domésticos comunes. El material se creó utilizando un enfoque novedoso para ensamblar proteínas vegetales en materiales que imitan la telaraña a nivel molecular.
Una película "verde"
El método de eficiencia energética, que utiliza ingredientes sostenibles, da como resultado una película similar al plástico, que se puede fabricar a escala industrial. El polímero también se puede colorear para hacer revestimientos resistentes al agua.
El material es compostable en casa, a diferencia de otros tipos de bioplásticos. Y finalmente, el material desarrollado por Cambridge no requiere modificaciones químicas a sus componentes básicos naturales. La telaraña "vegana" se degrada sin ayuda, de forma segura, en todos los entornos naturales.
El nuevo producto será comercializado por Xampla, una empresa spin-out de la Universidad de Cambridge. La compañía presentará una gama de sobres y cápsulas de un solo uso a finales de este año. Pueden reemplazar el plástico utilizado en productos cotidianos, como pastillas para lavavajillas y cápsulas de detergente para ropa. Los resultados se informan en la revista Naturaleza de Comunicaciones .
¿El secreto de ESTA telaraña? Proteínas vegetales
Durante muchos años, el profesor Tuomas Knowles del Departamento de Química de Cambridge, Yusuf Hamied, ha realizado investigaciones sobre el comportamiento de las proteínas. Gran parte de su investigación se ha centrado en lo que sucede cuando las proteínas "se comportan mal" y causan enfermedades. como la enfermedad de Alzheimer.
"Normalmente estudiamos cómo las interacciones funcionales de las proteínas nos permiten mantenernos saludables y cómo las interacciones irregulares están implicadas en el Alzheimer", dice Knowles, quien dirigió la investigación sobre la tela de araña. "Fue una sorpresa descubrir que nuestro estudio también podría abordar un problema importante de sostenibilidad: el de la contaminación plástica".
Como parte de su investigación de proteínas, Knowles y su equipo se interesaron en saber por qué los materiales como la telaraña son tan fuertes, a pesar de que tienen enlaces moleculares tan débiles. "Descubrimos que una clave que le da fuerza a la tela de araña es que los enlaces de hidrógeno están dispuestos regularmente en el espacio y en una densidad muy alta", dijo Knowles.
El coautor Dr. Marc Rodríguez García, que ahora es jefe de investigación y desarrollo en Xampla, ha comenzado a estudiar cómo replicar este autoensamblaje regular en otras proteínas. Las proteínas tienen una propensión a la autoorganización molecular y el autoensamblaje, y las proteínas vegetales en particular son abundantes y pueden obtenerse de forma sostenible como subproductos de la industria alimentaria.
"Se sabe muy poco sobre el autoensamblaje de las proteínas vegetales, y es emocionante saber que al llenar este vacío de conocimiento podemos encontrar alternativas a plástico descartable”, dice Ayaka Kamada, el primer autor del artículo.
Una tela de araña... con soja
Los investigadores replicaron con éxito las estructuras encontradas en la telaraña utilizando aislado de proteína de soja, un subproducto de la producción de aceite de soja. Es una proteína con una composición completamente diferente.
Dado que todas las proteínas están formadas por cadenas de polipéptidos, en las condiciones adecuadas podemos hacer que las proteínas vegetales se autoensamblen como una telaraña. En una araña, la proteína de la seda se disuelve en una solución acuosa, que luego se ensambla en una fibra inmensamente fuerte a través de un proceso de hilado que requiere muy poca energía.
Tuomas Knowles, Universidad de Cambridge
Otros investigadores han trabajado directamente con materiales de seda como sustituto del plástico, pero siguen siendo un producto animal. En cierto modo hemos llegado a la 'tela de araña vegana': el mismo material, pero sin el gusano y sin la araña.
Un concentrado de tecnología
Por lo general, las proteínas vegetales como el aislado de proteína de soja (SPI) son poco solubles en agua. Esto dificulta el control de su autoensamblaje en estructuras ordenadas. La nueva técnica utiliza una mezcla ecológica de ácido acético y agua, combinada con ultrasonido y altas temperaturas, para mejorar la solubilidad de SPI. Este método produce estructuras de proteínas con interacciones intermoleculares mejoradas impulsadas por la formación de enlaces de hidrógeno. A continuación, en un segundo paso, se elimina el disolvente.
La “tela de araña vegana” tiene prestaciones equivalentes a tecnopolímeros de altas prestaciones como el polietileno de baja densidad.
Esta es la culminación de algo en lo que hemos estado trabajando durante más de diez años, que es comprender cómo la naturaleza genera materiales a partir de proteínas. No nos propusimos resolver un desafío de sostenibilidad: nos motivó la curiosidad sobre cómo crear materiales fuertes a partir de interacciones débiles.
Tuomas Knowles, Universidad de Cambridge
