Usos potenciales de la queratina
Por Israel Pérez
Santiago de Querétaro, Querétaro. 7 de febrero de 2018 (Agencia Informativa Conacyt).- La queratina, sustancia proteica que se utiliza principalmente para productos de la salud y cosmetología, es también una alternativa innovadora para la remoción de metales contaminantes en el agua y el desarrollo de materiales poliméricos en las industrias aeronáutica y automotriz.
Estos estudios los lleva a cabo el grupo de Investigación de Materiales Avanzados y Nanotecnología del Instituto Tecnológico de Querétaro (ITQ) —que pertenece al Tecnológico Nacional de México (Tecnm)—, encabezados por los especialistas Ana Laura Martínez Hernández y Carlos Velasco Santos, con la colaboración de los posdoctorandos Cynthia Graciela Flores Hernández, Lourdes Ramos Galicia y Eduardo Pérez Ramírez.
Al respecto, la doctora Ana Laura Martínez Hernández, quien es miembro nivel II del Sistema Nacional de Investigadores (SNI), del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt), explicó que en esta investigación, que surgió en 2003 con la participación del Centro de Física Aplicada y Tecnología Avanzada (CFATA) de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) campus Juriquilla, se busca la caracterización de las propiedades de la queratina y su interacción con polímeros sintéticos, como el polimetilmetacrilato, polipropileno, poliuretanos y otras mezclas naturales de quitosano y almidón.
“Esta queratina la hemos utilizado en aplicaciones como la elaboración de materiales compuestos con base polimérica. Es muy compatible con el polímero sintético por su naturaleza hidrofóbica, es decir, repelentes al agua. Esto facilita la dispersión de las fibras y las matrices. Además estamos desarrollando compositos procesados mediante impresión 3D con matriz de ácido poliláctico y refuerzo de materiales de queratina con cambios relevantes en propiedades termomecánicas y conductividad térmica”.
Queratina con materiales de desecho
Al respecto, la posdoctoranda del grupo de Investigación de Materiales Avanzados y Nanotecnología del ITQ, Cynthia Graciela Flores Hernández, explicó que la queratina con la que trabajan actualmente es extraída de materiales de desecho de origen animal, como plumas de pollo y pelo de conejo.
"Lo que buscamos fue reforzar un material natural, como es el almidón de la papa y el quitosano de crustáceos con esta queratina. Primero los trabajamos en laboratorio y luego en un nivel semiindustrial, utilizando la extrusión para comparar las propiedades que se incrementaron hasta en dos mil por ciento. En el posdoctorado estoy utilizando el ácido poliláctico (PLA) y la queratina en impresión 3D pero ahora con pelo de conejo".
Señaló que las aplicaciones de estos materiales pueden variar, desde el embalaje de alimentos, aislantes acústicos para la industria aeronáutica —hablando de cabinas o compartimientos— y la automotriz, particularmente para la parte interior de las fascias de los autos que son las que soportan los impactos.
La investigadora Ana Laura Martínez Hernández puntualizó que estos estudios de la queratina contemplan también su uso para el tratamiento de aguas contaminadas por metales.
"También estudiamos su utilidad para el tratamiento de aguas residuales; en ese sentido, la queratina tiene grupos funcionales derivados de los aminoácidos, son los sitios donde se fijan diferentes contaminantes como metales pesados, entre ellos el cromo (Cr) hexavalente, plomo (Pb), níquel (Ni) y algunos hidrocarburos”.
Carbono para materiales poliméricos
Otra de las líneas de investigación desarrolladas en el grupo de trabajo del ITQ se enfoca en materiales como el carbono (C) amorfo, grafito, óxido de grafito, óxido de grafeno, óxido de grafeno reducido y nanoplaquetas para el desarrollo de materiales que puedan utilizarse en procesos de remoción de colorantes, metales pesados y compuestos orgánicos en el agua.
El investigador a cargo del proyecto y miembro nivel II del SNI, Carlos Velasco Santos, detalló que en este proyecto se trabaja en la incorporación de estos materiales en matrices poliméricas porosas, para generar tiempos de residencia mayores y con ello producir mejoras en los procesos de remoción, que actualmente se lleva a cabo mediante carbón activado.
“Los materiales nanométricos son más costosos de acuerdo con su grado de grafitización, estamos hablando de alrededor de 25 mil pesos por kilo y se usa, principalmente, para trabajos de microscopía. Lo que nosotros encontramos fue que un grafito de baja orientación —cuyo costo es de 300 pesos aproximadamente— puede, sin problema, remover cierto tipo de colorantes en el agua con una eficiencia de 94 por ciento. Buscamos que estos grafitos se vuelvan competidores del carbono activado en poco tiempo”.
Destacó que los colorantes con los que ha trabajado este grupo de investigadores son el rojo reactivo 2, naranja de metilo y azul de metileno, que son utilizados en la industria textil.
“Además de contaminar, estos colorantes evitan el paso de la luz en el agua lo que genera la muerte de algunas especies de plantas y peces por este efecto”.
Otro de los proyectos en desarrollo se basa en la incorporación a una resina epóxica de materiales de una dimensión —que son básicamente nanotubos de carbono— y otro de dos dimensiones, que son láminas de grafeno y óxido de grafeno, para la generación de polímeros que pueden ser utilizados en la industria automotriz, tanto para impresoras 3D como compósitos laminares.
“Los materiales de carbono en sus versiones oxidadas y crudas, así como funcionalizadas con otros grupos químicos y cadenas de mayor tamaño han sido utilizados en el desarrollo de compositos, nanocompositos, compositos multiescala y multidimensión en matrices poliméricas donde se han utilizado polímeros tales como epóxicos, nylon, quitosano-almidón y ácido poliláctico, procesados y sintetizados por diversos métodos que van desde el casting, inyección, extrusión, impresión 3D, electrohilado y curado in situ, tienen propiedades térmicas, eléctricas y mecánicas, dependiendo de la matriz utilizada", explicó.
Lavado y secado de la pluma.
Grupo de Investigación de Materiales Avanzados y Nanotecnología del Instituto Tecnológico de Querétaro.
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