Àmpliament utilitzada en molts sectors —cosmètic, de l’alimentació, farmacèutic i, especialment, en la indústria dels detergents—, la microencapsulació consisteix en retenir un principi actiu en un recipient diminut, encapsulant-lo durant un temps determinat fins que és alliberat. En el cas dels detergents, s’utilitza per retenir principis actius com agents blanquejadors o fragàncies i alliberar-los de manera controlada durant el cicle de rentat per agents externs com l’acció de l’aigua, el fregament o la pressió. Un cop han complert la seva funció, les càpsules buides esdevenen un problema: són tòxiques, no biodegradables i poden representar un risc per a la salut.
Tradicionalment, aquests recipients minúsculs es sintetitzen amb polímers derivats del formaldehid, una substància química coneguda pels seus efectes nocius sobre l’organisme. Si queden a la roba, entren en contacte directament amb la nostra pell. Si, en canvi, se les emporta l’aigua de la rentadora, van a parar a les depuradores que, incapaces de filtrar-les, les tornen a alliberar riu avall fins arribar al mar on, inevitablement, entren a la cadena tròfica, de la qual els humans som la darrera baula. Organismes reguladors com el Registre d’Avaluació i Autorització de Substàncies Químiques de la UE, coneixedors d’aquesta problemàtica, ja preparen mesures per restringir aquests microplàstics. D’altra banda, investigadors del Departament de Química Analítica i Química Orgànica i del Departament d’Enginyeria Química de la URV treballen per donar-los una alternativa biodegradable i segura.
Biodegradabilitat i resistència
El què proposen són càpsules doble capa, elaborades amb alginat i PEGDA, dues substàncies que combinen biodegradabilitat amb resistència. L’alginat és un polímer natural extret de les algues brunes del Mediterrani. És un material renovable i abundant que destaca per la seva capacitat de gelificar i formar xarxes polimèriques biodegradables. Tot i això, les càpsules fetes exclusivament d’alginat no tenen prou resistència per suportar les condicions exigents del procés industrial o les forces mecàniques i les pressions del transport. Per millorar aquesta robustesa, es forma una xarxa entre l’alginat i el PEGDA, un polímer sintètic però biocompatible —que interactua amb un sistema biològic sense causar-li danys— que li aporta estabilitat tèrmica i mecànica.
El procés de fabricació d’aquestes càpsules és més senzill —i estètic— del que es podria esperar. Es parteix d’una solució aquosa que conté el principi actiu —en aquest cas un tint blau—i molècules d’alginat i PEGDA, que s’introdueix en un instrument extrusor, és a dir, una xeringa mecanitzada. La pressió de l’èmbol empeny la solució per una agulla corba que la fa caure, gota a gota, sobre un bany aquós de clorur de calci en constant agitació. Un cop la gota entra al bany, els ions de calci de la dissolució enllacen les molècules d’alginat de la part externa de la gota, fent-les gelificar. El resultat: una esfera que encapsula el producte.
Un cop formada la primera capa, l’equip investigador exposa el bany —ara ple de microcàpsules blaves que giren en cercles degut a l’agitació constant— amb llum ultraviolada durant cinc minuts. Aquesta radiació indueix la polimerització del PEGDA que, en combinació amb l’alginat gelificat, dona lloc a una xarxa combinada que confereix una major solidesa i cohesió a les càpsules. Controlant diversos paràmetres d’aquest procés, com la pressió de l’èmbol de l’extrusor, el diàmetre de l’agulla o la concentració i la temperatura de les solucions, es poden modular la mida i les propietats de les càpsules resultants. En el cas d’aquest estudi, les càpsules obtingudes tenien un diàmetre de poc més de mig mil·límetre.
Les càpsules aproven
Per tal de conèixer les seves propietats, l’equip investigador va sotmetre les càpsules a una bateria de proves, una espècie de control de qualitat, que ha revelat resultats encoratjadors.
Una de les coses en què paren més atenció és en l’estabilitat química de les càpsules. Quan es sintetitza una determinada substància —en aquest cas un polímer— mitjançant una reacció química, cal assegurar-se que el material resultant ha reaccionat completament. Si no és així, i el polímer de les càpsules no és totalment inert, podria reaccionar en entrar en contacte amb la pell, per exemple, produint subproductes potencialment nocius o irritants. En aquest sentit, una de les principals millores de l’estudi rau en l’ús de PEGDA en lloc de PEGDMA —un plàstic similar però menys reactiu. El PEGDA ha permès a l’equip investigador sintetitzar càpsules més estables químicament i minimitzar la presència de compostos residuals.
A banda de l’estabilitat química, el PEGDA ha demostrat tenir altres virtuts, per exemple, en la resistència mecànica. Les proves van revelar que el mòdul de Young —paràmetre que descriu la rigidesa del material— i la tensió de ruptura van ser suficients per resistir el processament industrial i el transport sense trencar-se. Tot i ser deformables, la seva elasticitat impedeix que es fracturin i alliberin el contingut abans d’hora. “Cal trobar un equilibri molt concret en el disseny de les càpsules: necessitem que tinguin l’estabilitat necessària per aguantar la fase de producció i postproducció però, al mateix temps, necessitem que es trenquin quan s’han de trencar”, explica Xavier Montané, investigador del Departament de Química Analítica i Química Orgànica de la URV i coautor de la recerca.
Més enllà de les propietats de les càpsules, l’equip investigador posa en valor els avantatges del procés de fabricació. Gràcies a la seva relativa simplicitat és fàcilment escalable a entorns industrials i permet la producció contínua de càpsules, en una espècie de cadena industrial: “El procés d’extrusió és senzill, econòmic i escalable; això, juntament amb les propietats de les càpsules, el fan una alternativa amb molt de potencial i atractiva per la indústria”, defensa Marta Giamberini, investigadora del Departament d’Enginyeria Química de la URV i coautora de la recerca.
Més recerca
Tot i l’èxit de la iniciativa, l’equip investigador considera que cal seguir desenvolupant el mètode i explorar tot el seu potencial. Una de les prioritats immediates és dur a terme estudis exhaustius sobre la biodegradabilitat d’aquests compostos, és a dir, determinar amb certesa fins a quin punt es descomponen i sota quines condicions. Aquests exàmens són imprescindibles per aconseguir les certificacions necessàries per a què puguin entrar al mercat.
Entre altres opcions, també consideraran combinar l’alginat amb altres polímers d’origen natural que permetin garantir una biodegradabilitat total de les càpsules, mantenint-ne les propietats fisicoquímiques. Això obriria la porta a altres sectors com el farmacèutic o el de l’alimentació a beneficiar-se d’aquesta tecnologia millorada, totalment lliure de plàstics, biocompatible i respectuosa amb el medi ambient.
