Polihidroxialcanoato para niños
Los Polihidroxialcanoatos o PHA son un tipo especial de poliésteres, que son como cadenas largas de moléculas unidas. Lo interesante es que estos materiales son producidos de forma natural por algunas bacterias. Las bacterias los fabrican a través de un proceso llamado fermentación, usando azúcares o lípidos (grasas) como alimento. Para las bacterias, los PHA son una forma de guardar energía y carbono, ¡como si fueran su propia reserva de comida!
Existen más de 150 tipos diferentes de moléculas pequeñas, llamadas monómeros, que se pueden combinar para formar estos PHA. Esto significa que los PHA pueden tener propiedades muy variadas. Una de sus características más importantes es que son biodegradables, lo que significa que pueden descomponerse de forma natural en el ambiente. Por eso, se usan mucho en la producción de biopolímeros, que son plásticos más amigables con el planeta.
Los PHA pueden ser termoplásticos, que se ablandan al calentarse y se endurecen al enfriarse, o elastómeros, que son elásticos como la goma. Sus puntos de fusión (la temperatura a la que se derriten) van desde los 40 hasta los 180 grados Celsius. Además, sus propiedades y su capacidad de ser seguros para el cuerpo (biocompatibilidad) se pueden ajustar mezclándolos con otros materiales o modificando su superficie. Esto los hace útiles para muchas aplicaciones diferentes.
Contenido
¿Cómo se forman los PHA?
Los polihidroxialcanoatos más conocidos incluyen el P3HB (poli-3-hidroxibutirato), el PLA (poliácido láctico), el PGA (ácido poliglicólico), el P3HV (poli-3-hidroxivalerato) y el P(3-HHx) (poli-3-hidroxihexanoato).
Dependiendo del tamaño de una parte de su estructura, llamada "cadena lateral", los PHA se clasifican en tres grupos:
- PHA de cadena lateral corta (scl-PHA): Si la cadena lateral tiene pocos átomos de carbono (entre 1 y 2).
- PHA de cadena lateral media (mcl-PHA): Si la cadena lateral tiene un número intermedio de átomos de carbono (entre 3 y 13).
- PHA de cadena lateral larga (lcl-PHA): Si la cadena lateral tiene muchos átomos de carbono (más de 14).
¿Cómo producen las bacterias los PHA?
Para que las bacterias produzcan PHA, primero se cultivan en un ambiente con los nutrientes adecuados para que se multipliquen rápidamente. Una vez que hay muchas bacterias, se cambian los nutrientes. Por ejemplo, se les puede dar mucho carbono (como azúcar) pero pocos otros elementos importantes como fósforo o nitrógeno, o poco oxígeno. Estas condiciones "estresantes" hacen que las bacterias empiecen a fabricar y guardar los PHA dentro de sus células, como si fueran pequeños almacenes de energía.
Estos poliésteres se acumulan dentro de las células de las bacterias en forma de pequeños gránulos. Dependiendo del tipo de bacteria y de las condiciones en las que se cultiven, pueden producir diferentes tipos de PHA. Una vez que los PHA están listos, se rompen las células de las bacterias para poder extraer los gránulos.
El PHA más común que se produce de esta manera es el Polihidroxibutirato (P3HB). Está formado por la repetición de miles de unidades de ácidos grasos.
¿Cómo se extraen los PHA de las bacterias?
Una vez que las bacterias han producido los gránulos de PHA, hay varias formas de sacarlos:
- Usando líquidos especiales (disolventes) que disuelven el PHA.
- Eliminando las partes de la célula que no son PHA con productos químicos o enzimas.
- Rompiendo las células mecánicamente, por ejemplo, con molinos especiales.
También se están investigando métodos para producir PHA en el laboratorio, sin necesidad de bacterias, lo que podría simplificar el proceso de extracción.
Producción de PHA a gran escala
Para producir PHA a nivel industrial, se optimizan las condiciones de fermentación de las bacterias usando azúcar o glucosa como alimento. Luego, el poliéster se extrae y se purifica.
En la década de 1980, una empresa llamada Imperial Chemical Industries desarrolló un producto de PHA que se vendió bajo el nombre de "Biopol".
Como materia prima para la fermentación, no solo se pueden usar azúcares, sino también aceites vegetales o glicerina, que es un subproducto de la fabricación de biodiésel. Los científicos también están investigando cómo hacer que las plantas modificadas genéticamente puedan producir PHA directamente en sus tejidos, como una forma de almacenar energía.
Los PHA se usan principalmente para fabricar objetos mediante técnicas como el moldeo por inyección (para hacer piezas), la extrusión (para hacer perfiles) y la extrusión de burbujas (para hacer películas y envases huecos).
Propiedades de los PHA
Los polímeros de PHA son materiales termoplásticos, lo que significa que se pueden moldear con calor en máquinas comunes. Dependiendo de su composición, pueden ser flexibles o más elásticos. Sus propiedades varían mucho según cómo estén hechos. Los PHA se disuelven en algunos líquidos especiales como el cloroformo.
A diferencia de otros bioplásticos, los PHA son resistentes a la luz UV. También son poco permeables al agua, lo que significa que no dejan pasar el agua fácilmente.
El PHB, un tipo de PHA, tiene propiedades similares a las del polipropileno (PP), un plástico muy común.
Usos de los PHA
Debido a que los PHA son biodegradables y pueden usarse para crear bioplásticos con propiedades nuevas y útiles, hay mucho interés en desarrollar su uso. Los PHA son una excelente opción para la economía verde, ya que permiten fabricar plásticos a partir de fuentes que no son combustibles fósiles.
Además, se está investigando cómo transformar residuos plásticos como el tereftalato de polietileno (PET) y el poliuretano en PHA, utilizando bacterias como la Pseudomonas putida.
También tienen un gran potencial de uso en la industria farmacéutica y médica, gracias a su capacidad de descomponerse de forma natural y de ser seguros para el cuerpo, además de ser impermeables al agua.
Galería de imágenes
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Estructura del poli-(R)-3-hidroxibutirato (P3HB)
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Estructuras químicas del P3HB, PHV y su copolímero PHBV
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Estructura del poli-3-hidroxivalerato (PHV)
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Estructura del poli-4-hidroxibutirato (P4HB)
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Síntesis de PHA a partir de lactonas
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Véase también
En inglés: Polyhydroxyalkanoate Facts for Kids
