Investigadores suecos han logrado el biomaterial más potente de la historia: fibras de celulosa artificiales, pero biodegradables, más fuertes que el acero e incluso más que la seda de araña dragalina.
El equipo dirigido por Daniel Söderberg del KTH Royal Institute of Technology en Estocolmo informa el trabajo en la revista ACS Nano de la American Chemical Society.
El material ultra resistente está hecho de nanofibras de celulosa (CNF), los bloques de construcción esenciales de la madera y otras plantas.Usando un nuevo método de producción, los investigadores han transferido con éxito las propiedades mecánicas únicas de estas nanofibras a un material macroscópico y liviano que podría usarse como una alternativa ecológica para el plástico en aviones, automóviles, muebles y otros productos.
«Nuestro nuevo material incluso tiene potencial para la biomedicina, ya que la celulosa no es rechazada por su cuerpo», explica Söderberg.
Los científicos comenzaron con nanofibras de celulosa disponibles en el mercado que tienen solo 2 a 5 nanómetros de diámetro y hasta 700 nanómetros de largo. Un nanómetro (nm) es una millonésima de milímetro. Las nanofibras se suspendieron en agua y se alimentaron en un pequeño canal, de solo un milímetro de ancho y fresado en acero. A través de dos pares de flujos perpendiculares, agua adicional desionizada y agua con un bajo valor de pH ingresaron al canal desde los lados, comprimiendo la corriente de nanofibras y acelerándola.
Este proceso, llamado enfoque hidrodinámico, ayudó a alinear las nanofibras en la dirección correcta, así como su autoorganización en un hilo macroscópico bien embalado. No se necesita cola ni ningún otro componente, las nanofibras se ensamblan formando un hilo apretado unido por fuerzas supramoleculares entre las nanofibras, por ejemplo fuerzas electrostáticas y de Van der Waals.
Con los brillantes rayos de PETRA, la fuente de luz de rayos X de DESY (Deutsches Elektronen-Synchrotron), los científicos pudieron seguir adelante y optimizar el proceso. «Los rayos X nos permiten analizar la estructura detallada del hilo a medida que se forma, así como la estructura del material y el orden jerárquico en las fibras súper fuertes», explica el coautor Stephan Roth de DESY. «Hicimos hilos de hasta 15 micras de grosor y varios metros de longitud».
Las mediciones mostraron una rigidez a la tracción de 86 gigapascales (GPa) para el material y una resistencia a la tracción de 1,57 GPa. «Las fibras de nanocelulosa de origen biológico fabricadas aquí son 8 veces más rígidas y tienen resistencias más altas que las fibras de seda de araña dragalina natural», dice Söderberg en un comunicado.
«Si se está buscando un material con base biológica, no hay nada como eso. Y también es más resistente que el acero y cualquier otro metal o aleación, así como fibras de vidrio y la mayoría de otros materiales sintéticos». Las fibras artificiales de celulosa se pueden tejer en una tela para crear materiales para diversas aplicaciones. Los investigadores estiman que los costos de producción del nuevo material pueden competir con los de tejidos sintéticos fuertes. «El nuevo material se puede usar en principio para crear componentes biodegradables», agrega Roth.
Fuente: europapress.es