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 un plástico biodegradable resistente incorporando grupos dinámicos de entrecruzamiento.
En un estudio publicado este mes químicalos investigadores han revelado que la preparación de polímeros con entrecruzamientos inmovilizados no solo aumenta su resistencia sino que también promueve la degradación por enzimas en condiciones suaves.
Los plásticos y polímeros deben lograr tanto el rendimiento deseado en términos de durabilidad y resistencia, como también la capacidad de sufrir una degradación dinámica para convertir sus defectos en componentes útiles para su reutilización. Actualmente, existe una compensación entre estos factores; Es decir, una mayor rigidez hace que sea más difícil reducir el polímero. Los investigadores han utilizado enlaces cruzados móviles 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 da como resultado una mayor resistencia y estabilidad del plástico. Las ciclodextrinas no son tóxicas, son biodegradables y están ampliamente disponibles, lo que las hace atractivas como componentes poliméricos.
“Nuestro diseño de polímero que utiliza enlaces cruzados de ciclodextrina móviles aumentó la rigidez del polímero más de ocho veces”, dice Jiakyung Liu, autor principal del estudio. “La tenacidad, la ductilidad, la tenacidad a la fractura y la tenacidad a la fractura mejoraron porque los grupos de ciclodextrina dispersaron eficazmente la tensión localizada”.
Los enlaces cruzados de ciclodextrina también facilitaron la degradación del polímero durante el tratamiento enzimático posterior porque su estructura voluminosa aumentó el volumen libre en la red del polímero, mejorando el acceso de la enzima a los sitios de escisión objetivo en las cadenas del polímero.
“El polímero fue fácilmente degradado por Novozyme 435, una enzima que ataca específicamente los enlaces éster de la columna vertebral del polímero”, explica el autor principal Yoshinori Takashima. “La presencia de grandes grupos de entrecruzamiento de ciclodextrina redujo el entrelazamiento y la agregación de las cadenas de polímero, lo que facilitó el acceso de la enzima a los enlaces éster”. Como resultado, la biodegradabilidad mejoró veinte veces en comparación con los polímeros sin grupos ciclodextrina.
Estos plásticos altamente biodegradables pueden descomponerse fácilmente mediante enzimas en moléculas precursoras útiles que pueden reutilizarse en otros materiales, lo que reduce la generación de residuos y contribuye al desarrollo de una sociedad sostenible.
