Trabajo sobre los nuevos materiales

1. Nuevos Materiales:
relacionados con la biotecnología y el medioambiente
Atendiendo a su definición, la biotecnología es toda aplicación tecnológica que utilice
sistemas biológicos y organismos vivos o sus derivados para la creación o modificación de
productos o procesos para usos específicos. La biotecnología involucra muchas otras
especialidades como la farmacia, la medicina o la biología y actualmente, se está
desarrollando a grandes pasos.
Ha dado lugar a la creación de biomateriales que están revolucionando muchos aspectos
de la atención sanitaria terapéutica y preventiva, ya que están jugando un papel muy
importante en el desarrollo de nuevos dispositivos médicos, prótesis, reparación de tejidos y
tecnologías de sustitución, los sistemas de administración de fármacos y técnicas
diagnósticas.
Como hay demasiados biomateriales diferentes y cada día aparecen más, vamos ha hacer
un recorrido por los más destacados entre las distintas aplicaciones.
Terminator
El Terminator es un tipo de poli(urea-uretano) es el primer polímero del mundo capaz de
autorrepararse a temperatura ambiente: puede reparar un 97% de los enlaces en 120
minutos. Además de sus aplicaciones en industrias como la automotriz, este material ofrece
la posibilidad de crear un biomaterial a partir del cual se puedan crear nuevas generaciones
de piel artificial.

2. Demostración del Terminator
Su secreto consiste en que las moléculas que lo componen están “vivas”, es decir, están
reaccionando entre ellas constantemente y el enlace que la une entre sí está en equilibrio
permanente con ellas.
Nanotubos de Carbono
Hay nanotubos de muchos materiales como pueden ser el silicio o el nitruro de boro, pero
los más comunes son los de carbono. Tienen propiedades inusuales y muy valiosas para la
ciencia.
Su estructura es la de una lámina de carbono enrollada sobre sí misma. Dependiendo de
cómo esté enrollado y cómo fuese la lámina original existen diferentes tipos de nanotubos,
incluso algunos se combinan con otras estructuras del carbono como el fulereno.

3. Representación de un nanotubo de carbono
Aplicaciones de los nanotubos en medicina:
● Debido a su carácter orgánico, su fuerza, flexibilidad y poco peso se cree que
se podrían utilizar a modo de andamios para los huesos de personas con
osteoporosis o fracturas; que podrían aumentar la flexibilidad y fuerza de las prótesis
y los huesos artificiales; o ayudar en los tratamientos de enfermedades como la
osteoporosis; ya que los nanotubos de carbono pueden imitar la función del
colágeno e incluso atraer iones de calcio.
● También se han hecho crecer células nerviosas en sustratos cubiertos por
nanotubos de carbono y se ha encontrado un aumento de la señal neuronal
transferida entre las células.
● Se piensa que los nanotubos podrían ofrecer nuevas técnicas de terapia
genética reemplazando algunos genes defectuosos o, simplemente, ausentes,
causantes de enfermedades genéticas. No es tarea fácil, ya que hay que implantar los
genes en las células desde el exterior, pero el ADN no puede traspasar la membrana
de la célula, de modo que se necesita un transportador.
Antes se utilizaban virus, lisosomas o péptidos especiales; sin embargo, se ha
desarrollado un nuevo método para introducir ADN en las células mediante la
utilización de nanotubos de carbono modificados.
Los modificaron de forma que fueran solubles (añadiendoles un lateral con
grupos amino cargados positivamente, que además atraen a los grupos fosfato
cargados negativamente del ADN) y, además, los nanotubos no dañan las células
porque no desestabilizan su membrana plasmática al penetrarla.
El resultado del experimento fue positivo: lograron introducir los genes en la
célula y estos fueron funcionales. Como consecuencia, este sistema se usará en un
futuro para el transporte de otras sustancias como medicamentos y permitirá el
desarrollo de nuevas técnicas médicas.
● Curiosidades: En un estudio realizado en París a 64 niños con asma, se
encontraron nanotubos de carbono en los pulmones de estos niños. Según el estudio
los nanotubos llegaron ahí debido a la contaminación y no eran los causantes de la
enfermedad; no obstante, en 5 de los niños ,los nanotubos se habían alojado en el
interior de los macrófagos, las células encargadas de eliminar los antígenos, y podían
estar impidiéndoles realizar su función correctamente, empeorando así la
enfermedad.
Nanocelulosa

4. Hay 3 tipos de nanocelulosa: microfibrillated cellulose (MFC), nanocrystalline cellulose
(NCC) y bacterial cellulose (NBC); y está formada por nanofibras de celulosa (cadenas de
moléculas de celulosa de forma tubular alargada que tienen una marcada relación longitud-
diámetro). Se extrae de cualquier fibra de celulosa y tiene 2 formas: cristalina y aleatoria.
Nosotros vamos a hablar de la nanocelulosa cristalina.
La nanocelulosa tiene aplicaciones muy variadas desde la elaboración de pantallas para
dispositivos electrónicos hasta el cultivo de órganos, esto se suma a que la celulosa es uno
de los materiales más abundantes de nuestro planeta y que es biodegradable, lo que la
convierte en una posible respuesta eficiente para la crisis de energía y otros muchos
problemas medioambientales.
Imagen de la nanocelulosa cristalina
Aplicaciones relacionadas con la medicina:
● Como la celulosa es muy absorbente, porosa y se puede moldear con
facilidad, es perfecta para fabricar productos absorbentes como gasas, vendas o
tampones.
● Al ser un material biodegradable se puede utilizar en pequeños implantes
como recambios de válvulas cardiacas, ligamentos artificiales o piezas de
articulaciones.
● Su capacidad conductora la convierte en un material idóneo para la
fabricación de membranas para utilizar en procesos de filtrado como los
tratamientos de diálisis para los enfermos del riñón.

5. ● Se pueden crear hidrogeles muy estables con propiedades muy parecidas a
las de los tejidos humanos combinando pequeñas cantidades de nanocelulosa con
agua. Esto da pie a investigaciones sobre la aplicación de medicamentos o la
ingeniería de tejidos y órganos.
Aplicaciones relacionadas con el medioambiente:
● Mezclando la nanocelulosa con otros componentes además de agua se
obtienen unos aerogeles capaces de resistir de forma estable en el agua durante más
de 60 días y que actúan como si fueran esponjas, lo que ha llevado a los científicos a
valorarlos como un nuevo método para la limpieza de vertidos contaminantes en el
mar.
● A partir de la nanocelulosa se puede conseguir también un biocombustible
que no contamina.
● Combinando las propiedades flexibles de la nanocelulosa con las del grafeno
se pueden obtener unas pilas que se recargan al ser dobladas, mucho menos
contaminantes que las pilas y baterías tradicionales.
● Curiosidades: Hasta ahora la producción de nanocelulosa no resultaba
rentable ya que requería un gran gasto económico; sin embargo, los científicos de la
Universidad de Texas han conseguido producir pequeñas cantidades de nanocelulosa
mediante un determinado tipo de alga que es capaz de producir el material de forma
natural y sin necesidad de nutrientes. Esto hace que los costes de producción sean,
cuanto menos, pequeños, ya que tan solo se necesita agua, luz solar y esta alga.
SLIPS (Slippery-Liquid-Infused Porous Surfaces)
Para explicar la aplicación de este material primero deberemos aclarar qué es un biofilm
microbiano: un biofilm microbiano es una comunidad de microorganismos que crecen
adheridos a una superficie inerte o un tejido vivo dentro de una matriz extracelular que han
sintetizado ellos mismos. Los biofims son los causantes de algunos problemas sanitarios, ya
que producen infecciones y contaminan alimentos o agua que consumimos al adherirse a
superficies como nuestros utensilios de cocina o las cañerías.
Para evitar estos problemas, un grupo de científicos ha desarrollado un nuevo material
basándose en la técnica que emplean algunas plantas carnívoras para atrapar a sus presas:
haciéndoles resbalar. Para ello recubrieron estructuras a micro y nanoescala con un gel que
repele tanto el sólido como el líquido, de este modo las bacterias no pueden encontrar un
punto al que adherirse y proliferar.

6. Representación de la fabricación de SLIPS
SLIPS es un material que también evita la formación de hielo y se puede aplicar en los
barcos, evitando así que se adhieran los crustáceos, lo que en ocasiones supone el ahorro de
hasta un 40% de energía.
Pintura que “descontamina”
Se ha inventado una pintura que acaba con la polución del aire mediante la fotocatálisis,
que es una reacción química entre varios elementos de forma que los gases contaminantes
se conviertan en otro producto, más fácil de procesar y eliminar, reduciendo su presencia en
el aire. Se produce cuando coinciden tres factores: dióxido de titanio (que actúa como
catalizador), oxígeno y luz, ya sea ultravioleta o luz visible. Cuando tiene lugar, la reacción
neutraliza los óxidos de nitrógeno, uno de los gases contaminantes más habituales en las
ciudades, que proviene de las emisiones del tráfico.
Esquema de la fotocatálisis
La idea consiste en aplicar dióxido de titanio a las estructuras de la ciudad, como el
cemento o mezclarlo con pintura y pintar con ella las fachadas de los edificios, las farolas o
las señales.
Por si fuera poco, la fotocatálisis evita el crecimiento de hongos y bacterias, tiene un
efecto deodorante y también puede purificar el agua. Además, esta pintura también se
puede aplicar en interiores (viviendas, hospitales,...).

7. Fotopolímero microestructurado
Se ha conseguido crear un fotopolímero microestructurado que no solo no es tóxico para
las células, sino que éstas muestran una clara preferencia por su superficie para crecer
adaptando su morfología a los motivos geométricos de la microestructura creada en este
material. Como nuestro cuerpo tiene importantes limitaciones a la hora de regenerar por sí
mismo la mayoría de sus tejidos, este material podría servir como andamiaje para favorecer
el crecimiento de las células, ayudando a nuestro cuerpo a curarse o produciendo órganos
nuevos a partir de las células del propio paciente, eliminando así el rechazo.
Es muy importante en este nuevo material el orden y la morfología para que realice su
función, microestructura que se consigue mediante un sistema de escritura láser.