Un equipo de investigadores de Empa ha creado un nuevo biomaterial notable que no solo es completamente biodegradable sino también resistente a la lágrima y sorprendentemente versátil. El secreto? Está vivo.
Este innovador material a base de micelio combina fuertes propiedades mecánicas con funciones de vida dinámica, lo que puede transformar la forma en que abordamos los materiales sostenibles desde el envasado de alimentos hasta la electrónica.
En un estudio publicado en Materiales avanzadoslos científicos del Laboratorio de Materiales de Cellulosa y Madera de Empa demostraron cómo el micelio del hongo de la desbordera dividida común puede procesarse en películas y emulsiones funcionales sin los tratamientos químicos que generalmente comprometen la sostenibilidad en los biomateriales.
La película de hongos reacciona reversiblemente a la humedad y podría usarse para sensores de humedad basados en biografía. Imagen: Empa
La solución preparada de la naturaleza
A diferencia de los enfoques tradicionales para los materiales fúngicos que eliminan los componentes vivos, estos investigadores eligieron aprovechar el sistema de vida completo. El hongo de la risa dividida produce naturalmente una matriz extracelular llena de biomoléculas útiles a medida que crece.
“El hongo usa esta matriz extracelular para darse una estructura y otras propiedades funcionales. ¿Por qué no deberíamos hacer lo mismo?” Explica el investigador de Empa Ashutosh Sinha, autor principal del estudio.
“La naturaleza ya ha desarrollado un sistema optimizado”, agrega Gustav Nyström, cabeza del laboratorio de materiales de celulosa y madera, destacando la elegancia del enfoque.
Sin embargo, los investigadores no confiaron completamente en el azar. Seleccionaron cuidadosamente una cepa específica del hongo de la desigualidad dividida que produce altos niveles de dos compuestos valiosos:
- Schizophyllan: una nanofibra menos de un nanómetro de espesor pero más de mil veces más largo
- Hidrofobina: una proteína de jabón que se reúne en las interfaces entre diferentes líquidos
Juntos, estas biomoléculas naturales dan al material fúngico propiedades excepcionales sin requerir modificaciones químicas que reducirían la biodegradabilidad.
Emulsiones de administración automática y películas fuertes
¿Qué puede hacer este material vivo? El estudio demostró dos aplicaciones impresionantes que muestran su versatilidad.
Primero, los investigadores crearon emulsiones estabilizadas por el micelio vivo. Las emulsiones, mezclas de líquidos que normalmente no se combinan, como el aceite y el agua, son comunes en alimentos, cosméticos y productos industriales, pero que generalmente requieren estabilizadores sintéticos para evitar la separación.
El micelio vivo proporciona un suministro continuo de emulsionantes naturales. “Este es probablemente el único tipo de emulsión que se vuelve más estable con el tiempo”, señala Sinha. El estudio mostró que estas emulsiones vivos exhibieron 3.6 veces una separación de fase más lenta en comparación con las alternativas convencionales.
Aún más impresionantes fueron las películas delgadas creadas a partir del micelio. Estas hojas transparentes de tipo plástico lograron una resistencia a la tracción 2.5 veces mayor después del crecimiento, sustancialmente más fuerte que cualquier material de micelio puro desarrollado previamente.
Responde a su entorno
¿Cómo podrían usarse estos materiales en la vida cotidiana? ¿Podrían los materiales vivos ser prácticos en los productos de consumo?
Los investigadores imaginan numerosas posibilidades. Dado que el material fúngico no es tóxico y comestible, podría servir como un emulsionante natural en alimentos y productos cosméticos. Las películas pueden reemplazar los plásticos convencionales en aplicaciones de empaque donde se valora la biodegradabilidad.
Lo más intrigante, el material responde a condiciones ambientales como la humedad, las posibilidades de apertura para aplicaciones inteligentes. La película de hongos reacciona reversiblemente a la humedad y podría funcionar como un sensor de humedad biodegradable. El equipo de investigación demostró que la humedad podría desencadenar el patrón superhidrofóbico, la actuación mecánica e incluso la degradación dirigida de los materiales lignocelulósicos.
“Los materiales biodegradables siempre reaccionan a su entorno”, dice Nyström. “Queremos encontrar aplicaciones donde esta interacción no sea un obstáculo, sino tal vez incluso una ventaja”.
El futuro de la ingeniería fúngica
Sinha prevé bolsas compostables que descomponen activamente los desechos orgánicos: “En lugar de bolsas de plástico compostables, podrían usarse para hacer bolsas que composten los desechos orgánicos mismos”.
El equipo también está desarrollando una batería biodegradable que combina su material vivo con investigaciones previas sobre baterías de hongos y papel. “Queremos producir una batería compacta y biodegradable cuyos electrodos consisten en un ‘papel fúngico’ vivo”, explica Sinha.
A medida que los materiales sostenibles se vuelven cada vez más cruciales para abordar los desafíos ambientales, esta plataforma de micelio vivo ofrece una alternativa fascinante a los enfoques convencionales. Al trabajar con las soluciones existentes de la naturaleza en lugar de contra ellas, estos investigadores han creado un marco prometedor para futuros materiales que son de alto rendimiento y ambientalmente responsables.
El estudio representa una elegante intersección de los métodos tradicionales de procesamiento de fibra con el campo emergente de materiales vivos. Como dice Nyström, están “combinando los métodos probados para procesar materiales a base de fibra con el campo emergente de materiales vivos”.
Con su combinación única de biodegradabilidad, fuerza y capacidad de respuesta a los estímulos ambientales, este material de hongos vivos pronto puede convertirse en aplicaciones que aún no hemos imaginado.
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