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El nuevo plástico usa un mecanismo de ADN y ARN para desintegrarse como los polímeros naturales. (REUTERS - Jon Nazca)
Científicos de Rutgers logran crear plásticos ajustables que imitan la química del ADN para autodestruirse en el tiempo deseado, sin necesitar calor ni químicos agresivos
Un equipo de químicos de la Universidad de Rutgers (EEUU) ha desarrollado una técnica que abre la puerta a fabricar plásticos que se degradan justo después de su uso, sea el tiempo que sea. El avance se basa en copiar el mecanismo que utilizan polímeros naturales como el ADN y el ARN para descomponerse, pero que los plásticos sintéticos tradicionales no poseen.
El plástico ha demostrado ser un material tan útil para la humanidad que los arqueólogos del futuro podrán encontrar sus restos en todos los rincones del planeta. Desde lo más profundo de las Fosas Marianas hasta la nieve del Everest. Está en el agua que bebemos, en los animales y plantas que nos comemos y en el aire que respiramos. También en nuestro cuerpo. Los científicos han encontrado sus trazas en la sangre, pulmón, hígado, riñón o cerebro humanos. Y su presencia en nuestro organismo puede ser la causa de un ramillete terrorífico de enfermedades.
Lo que lo hace tan útil, y la razón por la que lo hemos usado hasta invadir el planeta, es su durabilidad. El tiempo de degradación del plástico varía según el tipo de polímero, pero oscila entre décadas y siglos. Ya existen alternativas biodegradables, como los bioplásticos derivados de almidón de maíz o caña de azúcar, pero su coste de producción es tan alto que su uso es discreto a escala industrial. Así que el casting para el plástico del futuro sigue abierto y es una buena noticia que aparezcan nuevos candidatos.
El descubrimiento de los científicos de Rutgers, detallado en este artículo de Nature Chemistry, nace de una observación de uno de los investigadores, el profesor Yuwei Gu. Gu caminaba por el Bear Mountain State Park, al norte de Nueva York, cuando observó botellas de plástico tiradas por el suelo y se preguntó por qué la biología usa polímeros por todas partes (proteínas, ADN, ARN y celulosa) pero éstos nunca se acumulan masivamente como ocurre con los plásticos sintéticos.
A partir de esa idea, los investigadores crearon un material que puede descomponerse fácilmente y que, al alterar la estructura de los aditivos químicos, le permite ajustar con precisión cuánto tiempo permanece intacto antes de desintegrarse.
"Fue un pensamiento simple, copiar la estructura de la naturaleza para lograr el mismo objetivo. Pero ver que tuvo éxito fue increíble", afirma Gu. "Esta estrategia funciona mejor para plásticos que se benefician de una degradación controlada durante días o meses, por lo que vemos un fuerte potencial para aplicaciones como envases de alimentos y otros materiales de consumo de corta duración".
Cómo funciona
La diferencia clave entre polímeros naturales y sintéticos reside en su química. Los polímeros naturales contienen estructuras químicas llamadas grupos vecinos que ayudan en la descomposición. Estas estructuras impulsan reacciones internas llamadas ataques nucleofílicos que rompen los enlaces en las cadenas poliméricas, un proceso que requiere una gran cantidad de energía con los plásticos sintéticos.
Gu y su equipo crearon estructuras químicas artificiales que imitan estos grupos vecinos y las usaron para fabricar nuevos plásticos. El equipo compara este proceso a doblar una hoja de papel para que se rasgue fácilmente por el pliegue. Con este doblez en la estructura, el plástico puede romperse miles de veces más rápido de lo normal. Aunque el nuevo polímero es más fácil de romper cuando se activa, su composición química básica permanece igual, por lo que se mantiene fuerte y útil hasta el momento en que el usuario quiere que se degrade.
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"Lo más importante es que descubrimos que la disposición espacial exacta de estos grupos vecinos cambia dramáticamente la velocidad de degradación del polímero", explica Gu. "Al controlar su orientación y posicionamiento, La estructura química está diseñada para que el plástico comience a descomponerse por sí solo en pocos días en condiciones normales de temperatura ambiente.
Después de que el plástico se descompone, las largas cadenas poliméricas se convierten en pequeños fragmentos que Gu espera que sean utilizados para fabricar nuevos plásticos o se disuelvan de forma segura en el medio ambiente.
Los pasos antes de llegar al mercado
A pesar de lo prometedor del descubrimiento, los investigadores reconocen que aún quedan varios problemas por resolver antes de que este tipo de plástico pueda usarse comercialmente. El líquido que queda después de que los plásticos se deconstruyen está compuesto de fragmentos de cadenas poliméricas, y se necesitan más pruebas para asegurar que esta sopa de retales no es tóxica y puede liberarse de forma segura en la naturaleza.
Las pruebas iniciales de laboratorio han mostrado que el líquido producido por la descomposición no es tóxico, pero Gu afirma que se necesita más investigación para asegurarse de que ese sea el caso.
Además, aunque la luz solar ambiente es suficiente para la degradación, se puede usar una luz ultravioleta como interruptor que active la reacción. Aun así, el grupo tendrá que encontrar formas de crear materiales que puedan descomponerse en la oscuridad, porque si no cualquier plástico que sea enterrado o cubierto de alguna manera permanecerá en el medio ambiente casi indefinidamente.
En este momento, el método es menos adecuado para plásticos que deben permanecer estables durante décadas antes de descomponerse, como materiales de construcción o componentes estructurales a largo plazo. Los investigadores también están explorando cómo su proceso químico podría funcionar con plásticos regulares y encajar en los métodos de fabricación actuales. Al mismo tiempo, están probando si este enfoque puede usarse para fabricar cápsulas que liberan medicamentos en tiempos controlados.
"Esta investigación no solo abre la puerta a plásticos más responsables ambientalmente, sino que también amplía la caja de herramientas para diseñar materiales inteligentes y reactivos basados en polímeros en muchos campos", afirma Gu. "Nuestra estrategia proporciona una forma práctica, basada en la química, de rediseñar estos materiales para que aún puedan funcionar bien durante el uso, pero luego se descompongan naturalmente después".