image: RUDN University biologist studied the aggressive impact of environmental factors (water, salts, and ozone) on ultrathin nanofibers of biopolymers. The results will help choosing suitable bioplastic depending on the use; for example, for medical implants, biodegradable packaging or filters for water cleaning. view more
Credit: RUDN University
Un biólogo de RUDN University investigó cómo factores ambientales (agua, soluciones salinas, ozono) afectan las nanofibras ultrafinas de biopolímeros. Estos resultados podrán ayudar a escoger el tipo de bioplástico adecuado según el área de aplicación, por ejemplo, para implantes médicos, envases biodegradables o filtros para tratar cuerpos de agua. Los resultados fueron publicados en la revista Polymers.
Los bioplásticos son una alternativa al plástico convencional. Estos se obtienen de los desechos de la industria alimentaria. Gracias a su segura composición se pueden usar como filtros para gases y líquidos, "esponjas" para el tratamiento de cuerpos de agua e implantes médicos. Dependiendo del área de aplicación, los bioplásticos están expuestos a diferentes factores ambientales: luz, agua, temperatura, medio interno de los organismos. Sin embargo, aún no se sabe cómo el medio externo afecta a la nanoestructura de productos bioplásticos. Por tanto, un biólogo de RUDN University ha descubierto cómo el medio ambiente afecta a las nanofibras de dos plásticos orgánicos: ácido poliláctico y polihidroxibutirato.
"Hemos podido desarrollar fibras ultrafinas a partir de dos poliésteres biodegradables. Ambos son de origen natural. El ácido poliláctico se produce a partir de materia vegetal y el polihidroxibutirato es sintetizado por varios tipos de bacterias. No obstante, nuestra tarea principal no era obtener fibras, sino determinar si sus propiedades se conservan bajo la influencia de factores ambientales agresivos", comentó Alexander Vetcher, Doctor en Ciencias Biológicas, subdirector del Centro de Nanotecnología de RUDN University.
El biólogo y su equipo crearon seis tipos de fibras a partir de ácido poliláctico en polvo y gránulos de polihidroxibutirato usando el método de electrohilado. La solución de polímero se colocó en un campo electrostático de alto voltaje. Este campo creó hilos delgados a partir de la solución. Después de enfriarse, se convirtieron en fibras. Los seis tipos de fibras obtenidas se diferenciaron por el contenido de polímeros en su composición: ácido poliláctico puro, y polihidroxibutirato y sus mezclas en diferentes proporciones.
Los biólogos de RUDN University investigaron cómo el agua, el medio fisiológico (medio interno de un organismo) y el ozono afectan las nanofibras obtenidas. Concluyeron que la absorción de vapor de agua depende de la estructura del polímero. Cuanto mayor es la proporción de ácido poliláctico, más agua absorben las fibras, hasta un 1% del peso de la muestra. Para simular el medio interno de un organismo vivo, utilizaron una solución de sales de fosfato de sodio y potasio. Las fibras de ácido poliláctico en la solución perdieron más del 50% de su masa en 21 días. Las muestras con un alto contenido de polihidroxibutirato perdieron menos del 15%. Además, los polímeros con un alto contenido de ácido poliláctico absorbieron las moléculas de ozono más rápidamente cuando se trataron con una corriente de este gas. Como resultado de esta intensa oxidación se destruyeron. El ozono penetró más rápido las fibras que tenían una proporción de 50:50 de los dos polímeros.
"Hemos demostrado que las nanofibras biodegradables con una estructura más cristalina son más resistentes a la degradación por agua y ozono. Ahora se debe comprobar la resistencia de estos materiales a los rayos ultravioleta y microorganismos, y así determinar los campos más prometedores de aplicación para cada tipo de fibra", dijo Alexander Vetcher, Doctor en Ciencias Biológicas, subdirector del Centro de Nanotecnología de RUDN University.
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Polymers