Enzimas incrustadas con éxito en los plásticos
Los plásticos autolimpiables son sólo el principio - Las posibilidades que ofrece son enormes
En general, los plásticos se procesan a más de cien grados centígrados. Las enzimas, por el contrario, no suelen soportar estas altas temperaturas. Los investigadores del Instituto Fraunhofer de Investigación Aplicada de Polímeros IAP han conseguido conciliar estas contradicciones: Son capaces de incrustar enzimas en plásticos sin que éstas pierdan su actividad en el proceso. El potencial que esto genera es enorme.
Producción de una película biofuncionalizada en la planta piloto de procesamiento.
© Fraunhofer IAP
Materiales que se limpian solos, que tienen superficies antimoho o que incluso se autodegradan son sólo algunos ejemplos de lo que será posible si conseguimos incrustar enzimas activas en los plásticos. Pero para que las propiedades específicas de las enzimas se transfieran a los materiales, éstas no deben sufrir daños al estar incrustadas en el plástico. Los científicos del Fraunhofer IAP han desarrollado una solución al problema como parte del proyecto "Biofuncionalización/Biologización de materiales poliméricos BioPol". Desde el verano de 2018, el proyecto se ejecuta en cooperación con BTU Cottbus-Senftenberg. El Ministerio de Ciencia, Investigación y Cultura del Estado de Brandeburgo financia el proyecto.
"Estaba claro desde el principio que no buscábamos producir plásticos biofuncionalizados a escala de laboratorio. Queríamos dar un paso de gigante para demostrar que la producción técnica es posible", afirma el Dr. Ruben R. Rosencrantz, director del departamento de "Materiales biofuncionalizados y (glico)biotecnología" del Fraunhofer IAP, resumiendo los ambiciosos objetivos del proyecto. Hacia la mitad del proyecto, ya se están produciendo importantes avances: Las enzimas se han incorporado con éxito, tanto en lo que respecta a las propias enzimas como a la técnica de procesamiento.
Soportes protectores inorgánicos para una mayor estabilidad a la temperatura
Buscando una forma de estabilizar las enzimas, los investigadores utilizan portadores inorgánicos. Estos portadores actúan como una especie de protección para la enzima. Como explica Rosencrantz "Utilizamos partículas inorgánicas, por ejemplo, que son muy porosas. Las enzimas se unen a estos portadores incrustándose en los poros. Aunque esto restringe la movilidad de las enzimas, éstas permanecen activas y son capaces de soportar temperaturas mucho más altas".
Rosencrantz subraya, sin embargo, que no existe un proceso de estabilización de aplicación general: "No hay dos enzimas iguales. El soporte y la tecnología más adecuados para el proceso de incrustación siguen siendo específicos para cada enzima".
Enzimas estabilizadas: no sólo en la superficie del plástico, sino también en su interior
Los investigadores buscaron deliberadamente una forma de aplicar las enzimas estabilizadas no sólo en la superficie del plástico, sino de incrustarlas directamente en él. "Aunque es mucho más difícil, esta técnica también evita que los signos de desgaste en la superficie del material afecten a la funcionalidad de los plásticos", explica Thomas Büsse, que dirige la planta piloto de procesamiento de biopolímeros del instituto en Schwarzheide.
Para conseguir un resultado óptimo del material en el proceso posterior, las enzimas estabilizadas tienen que distribuirse lo más rápidamente posible en la masa fundida de plástico caliente a la que se añaden, sin quedar expuestas a un exceso de fuerza o a temperaturas elevadas. Un acto de equilibrio que se inclina a favor de Büsse: "Hemos desarrollado un proceso que es adecuado tanto para los bioplásticos como para los plásticos convencionales basados en el petróleo, como el polietileno. Nuestras investigaciones también demuestran que, una vez incrustadas en el plástico, las enzimas estabilizadas son capaces de soportar cargas térmicas mayores que antes. Esto facilita considerablemente el uso de las enzimas y todos los pasos del proceso".
Los plásticos autolimpiables son sólo el principio
Hasta ahora, los investigadores del Fraunhofer IAP han evaluado principalmente las proteasas como su elección de enzima. Las proteasas son capaces de romper otras proteínas. Esto confiere al plástico funcionalizado por estas proteasas un efecto de autolimpieza. Las tuberías, por ejemplo, no se cerrarían o atascarían tan fácilmente. Pero también se están probando sistemáticamente otras enzimas. Los socios de cooperación de la BTU de Cottbus-Senftenberg se están centrando más en las enzimas para degradar plásticos y sustancias tóxicas, por ejemplo.
Ya se han producido los primeros granulados de plástico funcionalizados, películas y cuerpos de moldeo por inyección. Los investigadores han comprobado que las enzimas incrustadas en estos productos permanecen activas. El siguiente paso es probar y optimizar aún más el proceso para su uso cotidiano en diversas aplicaciones. Rosencrantz y Büsse son optimistas y han presentado una solicitud de patente para su investigación.
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