L’adéu al plàstic és a la closca d’un insecte

“Molts objectes de plàstic, com els d'un sol ús o embalatges, es fabriquen sense pensar en la seva vida útil. Si jo per exemple fabrico una ampolla d'aigua, no et puc perseguir perquè la llencis al contenidor que li toca”, explica Javier Fernández, doctor en Nanobiotecnologia per la Universitat de Barcelona, investigador a Harvard i futur docent de la Singapore University of Technology and Design. Amb una carrera enfocada a reduir el consum de plàstic, ell té la seva pròpia aposta: el quitosan.

Javier Fernández ja suma tres publicacions científiques sobre les propietats d'aquest material biodegradable que podria jubilar el plàstic i obrir noves vies d'investigació en medicina, indústria i impressió en 3D. Per a la seva primera publicació, publicada a Advanced Materials el 2012, l'investigador es “va tancar” –literalment, segons explica– a la biblioteca de Zoologia de Harvard per estudiar minuciosament les closques d'insectes i crustacis. Així, va trobar les bases per crear el shrilk, una barreja a base de quitosan –material present a closques de crustacis i insectes– i fibroïna –una proteïna de la seda–.

L’investigador va reproduir l’estructura dels insectes a la naturalesa per dissenyar un ‘shrilk’ que té una força que duplica la del plàstic i, a més, és biodegradable

“La pell d'un insecte està feta de quitosan, proteïnes i, a la part més externa, hi ha una capa similar a la cera resistent a l'aigua. El quitosan i la fibroïna es combinen per dotar l'esquelet de rigidesa (ales) o elasticitat (articulacions)”, explica el científic. Per il·lustrar aquestes propietats, l'investigador cita el cas del Rhodnius prolixus, un insecte comú a l'Amèrica Central i a Sud-amèrica que “és capaç de controlar la seva rigidesa, com quan s'infla per absorbir sang d'altres espècies”. Així, l'investigador va reproduir aquesta mateixa estructura dels insectes en la naturalesa per dissenyar un shrilk que té una força que duplica la del plàstic –120 MPa– i, a més, és biodegradable.

“Arran de la publicació, vam rebre moltes trucades d'empreses interessades a implantar el material”, explica el científic. D'una banda, la indústria vol reduir la dependència del plàstic. I, de l'altra, empreses mèdiques estan interessades en aplicacions que van des de la cura d'hèrnies, sutura reabsorbent, cola quirúrgica o pell artificial. No obstant això, hi havia un problema amb la seda, que “encaria molt el procés per a finalitats industrials”, explica el científic.

És el segon material orgànic més abundant a la Terra, per darrere de la cel·lulosa

Així, l'equip de Javier Fernández va treballar per reduir el cost en la branca industrial i, finalment, va trobar la fórmula exacta per crear un quitosan, sense seda, que reprodueix a la perfecció les seves característiques naturals. Aquesta segona publicació va tenir lloc el 2013, també a la revista científica Advanced Functional Materials.

L'investigador insisteix que no estan creant un nou material. "Emprem tècniques de microelectrònica i nanotecnologia per dissenyar l'estructura i les propietats extraordinàries que té el quitosan a la naturalesa per poder, així, destinar-lo a d'altres aplicacions”, explica.

Un tresor a les escombraries

Un dels principals avantatges del material és que el quitosan és molt barat. “Tradicionalment, l'hem fet servir com una deixalla”, diu l'investigador. “És el cas de caps i closques de gamba recollits per la indústria pesquera que, majoritàriament, van directes a les escombraries. A més, és molt fàcil d'aconseguir, ja que és el segon material orgànic més abundant a la Terra per darrere de la cel·lulosa”, afegeix.

Hem rescatat un material oblidat per intentar fer-lo servir com ho fa la naturalesa i d’acord amb el medi ambient”

Una vegada al laboratori, el quitosan arriba en forma de pols o escates, similars a un cereal d'esmorzar. Se li afegeix aigua i àcid acètic per aconseguir que es dissolgui. Nota de química per a dummies: els protons de l'àcid acètic reaccionen amb el quitosan de manera que les molècules d'aquest últim se separen i s'obté una dissolució definitiva del 4% de quitosan en aigua.

“Ara bé, el que volem és aconseguir que el quitosan recuperi la seva estructura i les seves propietats naturals partint d'aquesta dissolució”, explica el científic. Així, el procés requereix una segona fase en la qual s'evapora la dissolució “de forma molt controlada”. “Hi ha un temps exacte en el qual la dissolució es converteix en un cristall líquid, que al tacte s'assembla molt a la plastilina, de manera que flueix però conservant molècules de cristall”, detalla Javier Fernández. Segons el grau d'evaporació, la barreja tindrà unes propietats més líquides o viscoses.

Posteriorment, un tercer treball acadèmic publicat a l'inici de l'any a Macromolecular Materials and Engineering aprofundeix en les possibilitats del quitosan com a material per imprimir grans estructures en 3D i fer la producció escalable. No obstant això, a dia d'avui, aquesta tècnica requereix que les empreses modifiquin el seu procés productiu, així que esperen un major desenvolupament per acabar d'incorporar el quitosan definitivament.

A l’ombra del plàstic

Davant de tantes aplicacions del quitosan i els beneficis del seu cost, per què el seu estudi no ha explotat fins ara? L'investigador espanyol recorda que el quitosan es va descobrir al segle XIX i que, a principis del XX, es van investigar les seves propietats fins al punt que l'empresa química DuPont conserva patents d'aquesta època.

No obstant això, la introducció del plàstic, un producte que l'investigador qualifica com “el material del segle XX”, va fer que s'aturés la investigació en quitosan i altres materials. No va ser fins als anys setanta del segle passat, arran de la preocupació pels materials sostenibles, que es va recuperar aquesta branca de la ciència. “Hem rescatat un material oblidat per intentar utilitzar-lo com ho fa la naturalesa i d'acord amb el medi ambient”, sentencia l'investigador.

Un clar exemple el mostra aquest vídeo, en el qual una llavor plantada sobre una superfície de quitosan creix i floreix en 20 dies. “El quitosan es degrada en el medi ambient i sabem, com a mínim, que no entorpeix el creixement d'altres espècies”, comenta Javier Fernández.

El científic diu que “aproximadament en un parell d'anys” la producció de quitosan pot ser a gran escala. Tot i això, afegeix que “l'ús de bosses de plàstic és una cosa que es podria solucionar fàcilment des del punt de vista legislatiu, ja que la societat no tindria gaires problemes a fer servir bosses de roba”. En canvi, l'ús del plàstic a més alta escala “sí que requereix d'un desenvolupament tecnològic amb nous materials que no tinguin impacte mediambiental”.

D'ara endavant, i ja instal·lat a Singapur, Javier Fernández continuarà perfeccionant les aplicacions del quitosan. Assegura, de totes maneres, que seguirà en contacte amb Harvard i el MIT. En aquest sentit, abans de marxar, va tancar una col·laboració amb el departament de Neri Oxman, professora del Media Lab del MIT.