La recerca en materials sostenibles acaba de sumar una peça que capgira una de les grans limitacions dels biomaterials: la seva fragilitat quan entren en contacte amb l’aigua. Un estudi liderat per l’Institut de Bioenginyeria de Catalunya (IBEC), en col·laboració amb la Singapore University of Technology and Design (SUTD), ha desenvolupat un nou biomaterial resistent a l’aigua que, lluny de degradar-se, augmenta la seva força quan es mulla. El treball s’ha publicat a 'Nature Communications' i proposa una alternativa amb potencial per substituir determinats plàstics, especialment en entorns on la humitat és inevitable.
El punt de partida és el quitosan, un polímer que s’obté a partir de la quitina, present en estructures naturals com les closques de crustacis. En aquest cas, l’equip investigador ha treballat amb quitina procedent de residus de closques de gambes, un subproducte abundant. La clau del nou material és la incorporació de níquel dins l’estructura del quitosan: aquesta combinació genera una arquitectura capaç d’aprofitar l’aigua del seu entorn per millorar el comportament mecànic.
Un canvi de paradigma: l’aigua no és l’enemic
Durant dècades, l’estratègia dominant en el disseny de materials ha estat aïllar-los del medi: recobriments, additius i modificacions químiques per evitar que l’aigua en malmeti les propietats. El nou enfocament va en direcció contrària. En aquest biomaterial, l’aigua funciona com un element actiu dins la microestructura: facilita que es trenquin i es tornin a formar enllaços febles i reversibles, amb una reconfiguració constant que dissipa tensions i reforça el conjunt.
Els assajos descrits a l’estudi mostren que el material pot incrementar la seva resistència fins a un 50% quan se submergeix en aigua. Aquesta resposta, expliquen els investigadors, imita maneres de funcionar de la natura, on moltes estructures són dinàmiques i adaptatives, en lloc de rígides i “segellades”.
Javier G. Fernández, investigador principal del grup de Materials i Enginyeria Biointegrats de l’IBEC, defensa que el resultat no perd la seva essència biològica: “El material continua sent biològicament pur als ulls de la natura; continua essent essencialment la mateixa molècula que es troba en les closques dels insectes o en els fongs”. Aquesta característica, assenyalen, és rellevant perquè permetria reintegrar el material als cicles ecològics sense dependre de processos complexos de recuperació.
Inspiració inesperada en un cuc marí
L’origen conceptual del treball neix d’una observació aparentment anecdòtica, però decisiva: quan s’elimina el zinc dels ullals del cuc de sorra Nereis virens, aquestes peces naturals es tornen fràgils en contacte amb l’aigua. La troballa va apuntar que els metalls poden tenir un paper estructural crucial en com alguns materials naturals gestionen la humitat. A partir d’aquí, l’equip va explorar com replicar aquest principi en un biomaterial escalable i d’origen residual, i va optar pel níquel incorporat al quitosan, processat en forma de pel·lícules primes.
Un altre element destacat del treball és el procés de producció pensat per minimitzar impacte i cost. Durant la primera immersió, una part del níquel que no queda integrat en els enllaços estructurals s’allibera. En lloc de considerar-ho un rebuig, els investigadors han dissenyat un circuit perquè aquest níquel recuperat serveixi de matèria primera per a la següent tanda, tancant el cicle i incrementant l’eficiència del procés.
La lògica de fons és aprofitar fonts abundants i locals. L’equip recorda que la quitina és una de les molècules orgàniques més comunes del planeta, només per darrere de la cel·lulosa, i que pot obtenir-se tant de residus marins com de subproductes fúngics o orgànics.
On pot arribar: del camp als envasos
Les primeres aplicacions que es posen sobre la taula apunten a sectors que necessiten materials biodegradables, però resistents a la humitat: agricultura, pesca i embalatge, entre d’altres. L’estudi també descriu proves de conformació en objectes quotidians, amb recipients estancs com gots o làmines de gran mida, un indici del potencial per substituir determinats usos de plàstic, especialment d’un sol ús.
Els autors també suggereixen que el principi descobert podria anar més enllà del níquel. Fernández apunta que probablement no és l’únic element capaç d’activar aquest mecanisme, i que la porta queda oberta a explorar altres combinacions que permetin reforçar biomaterials “treballant amb l’aigua” i no contra ella.
En un context de pressió creixent per reduir la contaminació plàstica i trobar substituts viables, la proposta de l’IBEC apunta a un canvi de mentalitat: materials pensats des de la lògica dels sistemes naturals —dinàmics, integrables i circulars— i no des de l’obsessió d’aïllar-los del medi.