Enzimas incrustadas con éxito en plásticos

Los materiales que se limpian a sí mismos, que tienen superficies antimoho o incluso que se autodegradan son solo algunos ejemplos de lo que será posible si se logra incrustar enzimas activas en los plásticos. Pero, para que las propiedades específicas de la enzima se transfieran a los materiales, las enzimas no deben sufrir daños, ya que están incrustadas en el plástico.

Científicos de Fraunhofer IAP han desarrollado una solución al problema como parte del proyecto “Biofunctionalization/Biologization of Polymer Materials BioPol”. Desde el verano de 2018, el proyecto se ha estado desarrollando en cooperación con la universidad BTU Cottbus-Senftenberg. El Ministerio de Ciencia, Investigación y Cultura del Estado de Brandeburgo está financiando el proyecto.

Al resumir los ambiciosos objetivos del proyecto, el Dr. Ruben R. Rosencrantz, jefe del departamento de Materiales Biofuncionales y (Glyco)Biotechnology en Fraunhofer IAP, afirma: “Estaba claro desde el principio que no buscábamos producir plásticos biofuncionales a escala de laboratorio. Queríamos dar un paso de gigante para demostrar que la producción técnica es posible”.

Alrededor del punto medio del proyecto, ya están surgiendo grandes avances: las enzimas se han integrado con éxito, tanto en términos de las enzimas en sí como de la técnica de procesamiento.

Soportes protectores inorgánicos para una mayor estabilidad a la temperatura

Buscando una manera de estabilizar las enzimas, los investigadores utilizan soportes inorgánicos. Estos soportes actúan como una especie de protección para la enzima. Como explica Rosencrantz: “Utilizamos partículas inorgánicas, por ejemplo, que son altamente porosas. Las enzimas se unen a estos soportes mediante su incrustación en los poros. Aunque esto restringe la movilidad de las enzimas, permanecen activas y son capaces de resistir temperaturas mucho más altas”.

Rosencrantz subraya, sin embargo, que no existe un proceso de estabilización de aplicación general: “No hay dos enzimas iguales. El soporte y la tecnología más adecuada para el proceso de incrustación siguen siendo específicos de la enzima”.

Enzimas estabilizadas: no solo en la superficie del plástico, sino también en el interior

Los investigadores buscaron cuidadosamente una forma de aplicar las enzimas estabilizadas no solo a la superficie del plástico, sino de incrustarlas en los plásticos directamente. “Aunque es mucho más difícil, esta técnica también evita que los signos de desgaste en la superficie del material afecten a la funcionalidad de los plásticos”, explica Thomas Büsse, que dirige la planta piloto de procesamiento de biopolímeros del instituto, en Schwarzheide, Alemania.

Con el fin de lograr un resultado del material óptimo en el proceso aguas abajo, las enzimas estabilizadas tienen que ser distribuidas lo más rápido posible en la masa fundida del plástico caliente al que se incorporan, sin quedar expuestas a un exceso de fuerza o a temperaturas elevadas. Un acto de equilibrio que se inclinó a favor de Büsse: “Hemos desarrollado un proceso que es adecuado tanto para los bioplásticos como para los plásticos convencionales a base de petróleo, como el polietileno. Nuestras investigaciones también muestran que una vez incrustadas en el plástico, las enzimas estabilizadas son capaces de soportar cargas térmicas más altas que antes. Esto hace que el uso de enzimas y todos los pasos del proceso sea considerablemente más fácil”.

Los plásticos autolimpiantes son solo el comienzo

Hasta ahora, los investigadores de Fraunhofer IAP han evaluado principalmente las proteasas, como su elección de enzima. Las proteasas son capaces de romper otras proteínas. Esto le da al plástico funcionalizado por estas proteasas un efecto autolimpiante. Las tuberías, por ejemplo, no se atascarían ni se obstruirían tan fácilmente. Pero también se están probando sistemáticamente otras enzimas. Los socios de cooperación de la BTU Cottbus-Senftenberg se están centrando más estrechamente en las enzimas para degradar plásticos y sustancias tóxicas, por ejemplo.

Ya se han producido los primeros granulados plásticos funcionalizados, películas y cuerpos de moldeo por inyección. Los investigadores han establecido que las enzimas incrustadas en estos productos permanecen activas. El siguiente paso ahora es probar y optimizar aún más el proceso para el uso diario en varias aplicaciones. Rosencrantz y Büsse son optimistas y también han presentado una solicitud de patente para su investigación.