Un innovador material bacteriano con resistencia comparable a metales podría sustituir al plástico
Un equipo de investigación de la Rice University y la Universidad de Houston ha desarrollado un revolucionario material producido por bacterias, cuya resistencia mecánica es comparable a la de algunos metales, pero con la ventaja de ser biodegradable, flexible y sostenible. Este avance, publicado en Nature Communications, podría representar un cambio clave en la industria de los materiales al ofrecer una alternativa viable al uso de plásticos convencionales.
Celulosa bacteriana: un biomaterial puro, biodegradable y funcional
La celulosa bacteriana es un tipo de fibra producida por microorganismos, conocida por su alta pureza, biocompatibilidad y propiedades como la transparencia óptica y la resistencia mecánica. A diferencia de la celulosa vegetal, esta versión es mucho más pura y totalmente biodegradable.
Sin embargo, en los métodos de cultivo tradicionales sin movimiento, las nanofibras de celulosa crecen de forma aleatoria, lo que limita su potencial. Este desorden en la estructura impedía aprovechar su fortaleza natural para aplicaciones más exigentes.
Un biorreactor rotativo permite alinear las fibras y mejorar la resistencia
El avance clave del estudio consistió en diseñar un biorreactor cilíndrico giratorio que guía el flujo del medio de cultivo, alineando el movimiento de las bacterias durante la producción de celulosa. Este proceso controlado permite que las fibras crezcan en paralelo, formando láminas mucho más fuertes y estructuradas.
Según M.A.S.R. Saadi, autor principal y estudiante de doctorado en Rice University: “Nuestro biorreactor dirige el movimiento de las bacterias, alineando las fibras de celulosa y mejorando sus propiedades mecánicas. El resultado es un material con una resistencia comparable a la de algunos metales, pero con flexibilidad y respeto al medio ambiente”.
Un material con características mecánicas sobresalientes
El material resultante ofrece una resistencia a la tracción de hasta 436 MPa, más del doble que la de la celulosa bacteriana producida en cultivos estáticos. Además, mostró una notable mejora en otras propiedades:
- Alta tenacidad y módulo elástico mejorado.
- Estabilidad a largo plazo, manteniendo forma y resistencia tras miles de ciclos de carga.
- Flexibilidad suficiente para plegarse sin romperse.
- Transparencia óptica, ideal para aplicaciones visuales o médicas.
Mayor resistencia y control térmico con nanohojas de nitruro de boro
Para ampliar la funcionalidad del material, los investigadores añadieron nanohojas de nitruro de boro (BNNS) durante el proceso de biosíntesis. Estas se integraron sin interrumpir la alineación de fibras y permitieron obtener una versión híbrida del material con:
- Resistencia aumentada hasta ~553 MPa.
- Conductividad térmica tres veces mayor que la de la celulosa pura.
- Transparencia y flexibilidad preservadas.
Este control térmico lo convierte en un material ideal para dispositivos electrónicos o aplicaciones que requieran disipación de calor.
Aplicaciones futuras de la celulosa bacteriana alineada
El proceso de producción es escalable y permite incorporar otros nanomateriales como grafeno, arcilla o nanopartículas funcionales, ampliando así su utilidad. Algunas posibles aplicaciones incluyen:
- Materiales estructurales y de construcción que reemplacen plásticos o metales livianos.
- Empaques sostenibles con alta resistencia y sin impacto ambiental.
- Textiles técnicos y electrónicos verdes que combinan fuerza y flexibilidad.
- Gestión térmica en sistemas electrónicos gracias a su alta disipación de calor.
- Almacenamiento de energía como baterías o supercondensadores de bajo peso.
Un futuro prometedor: hacia la sustitución del plástico con materiales bacterianos ecológicos
Este descubrimiento representa un paso importante hacia el desarrollo de materiales ecológicos de alto rendimiento. Aunque se necesita optimizar la producción a gran escala, el enfoque basado en la biosíntesis dirigida abre la puerta a una nueva generación de biomateriales capaces de reemplazar los plásticos y reducir su impacto ambiental.
Gracias a su biodegradabilidad, resistencia, flexibilidad y versatilidad funcional, las láminas de celulosa bacteriana alineada podrían establecer un nuevo estándar en la industria de materiales sostenibles.
