Lograr una sociedad sostenible requiere el desarrollo de plásticos o polímeros biodegradables avanzados, que son moléculas compuestas de largas cadenas de unidades repetidas. El objetivo de una sociedad con circulación de recursos está ahora un paso más cerca gracias a los esfuerzos de un equipo de la Universidad de Osaka que ha desarrollado plásticos biodegradables resistentes que incorporan grupos reticulantes móviles.
En un estudio publicado este mes, el Dr. químicaLos investigadores revelaron que el desarrollo de polímeros con entrecruzamientos inmóviles no sólo aumenta su resistencia sino que también promueve la degradación por enzimas en condiciones suaves.
Los plásticos y polímeros deben lograr el rendimiento deseado en términos de durabilidad y resistencia, así como capacidades de degradación activables para permitir su descomposición en componentes útiles para su reutilización. Actualmente, existe una compensación entre estos factores; Es decir, una mayor rigidez hace que el polímero sea más difícil de degradar. Los investigadores han utilizado enlaces cruzados en movimiento para resolver este problema.
Los enlaces cruzados móviles son ciclodextrinas en forma de anillos, que se enroscan en una hebra de polímero y se unen a otra, lo que confiere a los plásticos una mayor resistencia y durabilidad. Las ciclodextrinas no son tóxicas, son biodegradables y están ampliamente disponibles, lo que las hace atractivas como materiales poliméricos.
“Nuestro diseño de polímero aumentó la rigidez del polímero más de ocho veces mediante el uso de enlaces cruzados de ciclodextrina móviles”, dijo Jiaxing Liu, autor principal del estudio. “La tenacidad, la ductilidad, la tensión de fractura y la deformación de fractura mejoran porque los grupos de ciclodextrina difunden eficazmente la tensión local”.
Los enlaces cruzados de ciclodextrina facilitaron la degradación de los polímeros durante el tratamiento enzimático posterior porque su estructura voluminosa aumentó el volumen libre en la red polimérica, lo que mejoró el acceso de la enzima a los sitios de escisión específicos de la cadena polimérica.
“Los polímeros fueron fácilmente degradados por Novozyme 435, una enzima que ataca específicamente los enlaces éster de la columna vertebral del polímero”, explicó Yoshinori Takashima, autor principal. “La presencia de abundantes grupos de entrecruzamiento de ciclodextrina reduce el entrelazamiento y la agregación de las cadenas de polímeros, lo que facilita el acceso de las enzimas a los enlaces éster para su escisión”. Como resultado, la biodegradabilidad mejoró veinte veces en comparación con los polímeros sin grupos ciclodextrina.
Estos plásticos biodegradables avanzados pueden descomponerse fácilmente mediante enzimas en moléculas precursoras útiles que pueden reutilizarse en otros materiales, suprimiendo la generación de residuos y contribuyendo al desarrollo de una sociedad sostenible.