Ciencia y salud

Por José Antonio Lozano Teruel

Fábricas bacterianas de plásticos

Hace unas décadas la Química era incapaz de obtener los materiales plásticos que hoy nos rodean por doquier como componentes indispensables de nuestro modo de vivir. El aumento del consumo de materiales plásticos es contínuo. En 1974 se consumían 11 kilos por persona, quince años después la cifra se había triplicado y, posteriormente, el ritmo de crecimiento ha continuado en ascenso. Ello ha obligado a la construcción de grandes complejos químicos para su obtención (el de General Electric lo encontramos en nuestra inmediata cercanía geográfica), realizada usualmente a partir de sustancias obtenidas a partir del petróleo.

La publicación, de una excelente investigación en el número de diciembre de la revista Nature (Materials), sobre la producción de materiales plásticos, concretamente termoplásticos, por células vivas, por bacterias, abre una nueva posibilidad futura, la de la sustitución o adaptación de los grandes complejos químicos por la obtención biológica industrial de plásticos.

TERMOPLÁSTICOS. Los plásticos son polímeros, es decir, cadenas formadas por estructuras químicas repetitivas. Su nombre responde a que, generalmente, bajo la influencia del calor, son capaces de incrementar su capacidad de fluir en estado semisólido y de adoptar una forma que, una vez enfriados son capaces de mantener. Entre los polímeros más abundantes en los plásticos se encuentran: polietileno, polipropileno, poliestireno, poliésteres, policarbonato, PVC, polimetacrilato de metilo, etcétera.

Uno de sus clasificaciones se basa en la distribución en el espacio de las cadenas cuando el plástico está solidificado, estableciéndose las categorías de elastómeros, termoestables (o termoendurecibles) y termoplásticos. Los primeros se caracterizan por una fácil degradación frente al calor y una ireversibilidad del proceso de moldeado, esto es, una vez moldeados no se pueden volver a utilizar como materia prima. Los termoestables presentan respecto al resto de plásticos una mayor resistencia térmica ya que al aportar más calor no logra romperse la estructura de cadenas, por lo que difícilmente se pueden volver a fundir para su reutilización. Su mayor resistencia térmica es directamente proporcional a una mayor fragilidad.

En los termoplásticos, que representan el 78-80% de consumo total de los plásticos, no suele existir ningún tipo de enlace químico fuerte entre sus cadenas, por lo que su estructura es como un entrecruzamiento caprichoso y liado de cadenas a modo de ovillo de lana. Un aporte de calor permite que las cadenas puedan desliarse y resbalar unas sobre otras confiriendo el llamado estado viscoelástico. Por tanto, los termoplásticos son polímeros de cadenas largas que cuando se calientan se reblandecen y pueden moldearse a presión y su propiedad esencial es que existe una temperatura en la que las cadenas adquieren suficiente energía para poder desplazarse unas respecto a otras. A esta temperatura se la denomina temperatura de transición del estado vítreo ("glassy temperature") Tg. Los polímeros termoplásticos son rígidos por debajo de Tg y deformables por encima de esta temperatura. Es decir, que si la aplicación del polímero exige que posea rigidez a temperatura ambiente (por ejemplo si va a utilizarse para construir tuberías o envases), debe cumplirse que Tg > Tambiente, aunque no interesa tampoco que Tg sea demasiado grande, pues esto dificultaría el procesado del polímero.

CLASES. Existen muy variados e importantes clases de termoplásticos. Entre ellos:

a). Polietileno, el termoplástico más usado en nuestra sociedad. Los productos hechos de polietileno van desde materiales de construcción y aislantes eléctricos hasta material de empaque. Es un plástico barato que puede moldearse a casi cualquier forma, extruirse para hacer fibras o soplarse para formar películas delgadas.

b). Polipropileno, cuya aplicación como un excelente termoplástico esperó hasta las dos últimas décadas, debido a la falta de una producción directa del propileno, subproducto de las industrias petroleras, y a la carencia de un catalizador capaz de producir un polímetro esteroregular. Las propiedades y usos del polipropileno comercial varían de acuerdo al porcentaje de polímero isotáctico cristalino y del grado de polimerización. En general, destaca su dureza, alta resistencia a la abrasión y al impacto, su excelente transparencia, y que no es tóxico. Los artículos hechos con polipropileno tienen una buena resistencia térmica y eléctrica además de baja absorción de humedad. Sus usos van desde bolsas que se pueden meter al horno para cocinar alimentos, a suelas de zapatos.

c). Cloruro de polivinilo (PVC) en sus variedades rígidas o flexible. Ambos tienen alta resistencia a la abrasión y a los productos químicos. Las resinas de PVC casi nunca se usan solas, sino mezcladas con diferentes aditivos.

d). Poliestireno y copolímeros de estireno, que suponen el tercer termoplástico de mayor uso, debido a sus propiedades y a la facilidad de su fabricación. El poliestireno es una resina clara y transparente con un amplio rango de puntos de fusión y fluye fácilmente, lo que favorece su uso en el moldeo por inyección.

e) Otros polímeros, como el copolímero acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS), que son duros, con alta resistencia mecánica, por lo que son de los pocos termoplásticos que juntan la resistencia con la dureza. Se combina con otros plásticos, por ejemplo, el ABS con el PVC nos da un producto de alta resistencia al calor, lo que le permite encontrar amplio uso en la construcción de televisores o en las porciones moldeadas de automóviles, que lo contienen en un porcentaje significativo.

BACTERIAS. La industria de los plásticos presenta importantes problemas ambientales relacionados con su producción y su reciclado o eliminación. Por ésta y otras razones, el uso de sistemas biológicos podría ser de gran interés. Se conoce hasta ahora que los sistemas vivos pueden producir seis principales clases de polímeros. Entre ellos se encuentran los polioxoésteres, que son polímeros termoestables. Dos características muy notables de esta clase de polímeros son las de su biocompatibilidad y su degradabilidad. Por ello, algunas de sus variedades, producidas clásica e industrialmente, ya poseen aplicaciones biomédicas. Los análogos azufrados de los polioxoésteres serían los politioésteres que, hasta ahora, no se habían producido industrialmente. El artículo de investigación citado al comienzo del texto explica cómo los investigadores, mediante la inserción de tres genes a bacterias Escherichia coli alimentadas con ácidos mercaptoalcanoicos, en lugar de su dieta natural, fueron capaces de producir politioesteres puros que eran termoplásticos, capaces de resistir la degradación térmica, a temperaturas superiores a la de los polioxoésteres termoplásticos, lo que abre la puerta de la investigación sobre sus aplicaciones potenciales.