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Biotextil

Los biotextiles son materiales especializados elaborados a partir de fibras naturales o sintéticas. Estos textiles están diseñados para interactuar con sistemas biológicos, ofre...

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Los biotextiles son materiales especializados elaborados a partir de fibras naturales o sintéticas. Estos textiles están diseñados para interactuar con sistemas biológicos, ofreciendo propiedades como biocompatibilidad , porosidad y resistencia mecánica, o bien para ser respetuosos con el medio ambiente en aplicaciones domésticas comunes. Los biotextiles tienen diversos usos, ya que constituyen una categoría amplia. Los más comunes son en el ámbito médico o doméstico. Sin embargo, este término también puede referirse a textiles fabricados a partir de residuos biológicos. Estos biotextiles no suelen utilizarse con fines industriales.

El término «biotextiles» deriva de la combinación de «bio», que se refiere a la biología o a los organismos vivos, y «textiles», que indica materiales tejidos o fibrosos. Abarca el campo interdisciplinario de los textiles biomédicos, que se centra en el diseño, la fabricación y la aplicación de materiales textiles en la atención médica y la ingeniería biomédica . Los biotextiles elaborados a partir de micelio , biomasa vegetal, celulosa bacteriana y fibras basadas en proteínas recombinantes se utilizan como alternativa a los textiles sintéticos para prevenir y reducir las elevadas emisiones de gases de efecto invernadero , la contaminación del agua y los residuos generados por la industria textil. [ 1 ] Los biotextiles también se utilizan en el ámbito de la atención médica y la ingeniería biomédica como dispositivos implantables, tales como suturas quirúrgicas , tejidos para la reparación de hernias , injertos arteriales , piel artificial y partes de corazones artificiales . [ 2 ]

Introducción

El campo de los biotextiles ha captado una atención significativa debido a su potencial para revolucionar la industria textil al ofrecer alternativas sostenibles a los tejidos convencionales y perjudiciales para el medio ambiente. Un elemento central de esta innovación son las materias primas derivadas de los propios procesos naturales, incluyendo el micelio, la celulosa bacteriana y la biomasa vegetal y frutal. Estos ingredientes naturales tienen el potencial de convertirse en una fuente confiable para el desarrollo de textiles ecológicos, abordando los problemas de degradación ambiental y agotamiento de ingredientes asociados con la producción textil tradicional. [ 3 ] El procesamiento de estos materiales ofrece abundantes fuentes de fibras naturales. Utilizando las estructuras fibrosas que se encuentran en estos materiales y tejidos vegetales, como algodón, cáñamo, lino y otros, es posible crear textiles biodegradables y renovables. El lavado, el secado y una variedad de técnicas de hilado son comunes para el procesamiento de todos los textiles, pero se espera que el procesamiento de biotextiles produzca menos residuos perjudiciales para el medio ambiente debido a la naturaleza biorremediadora de muchos de los materiales naturales. [ 4 ] Además, los avances en el procesamiento han permitido la extracción de fibras para la moda a partir de fuentes no convencionales, como la piña, el plátano, los cítricos, los subproductos animales y los huesos. Estos nuevos desarrollos hacen grandes contribuciones al mundo de la moda innovadora. [ 5 ]

Textiles a base de micelio

El micelio, la parte vegetativa de los hongos, se ha consolidado como una materia prima versátil y sostenible para biotextiles. El micelio suele crecer bajo tierra o dentro de su sustrato, como suelo, madera, materia orgánica en descomposición o residuos. En los biocompuestos a base de micelio, el hongo consume los carbohidratos para producir hifas , una red de estructuras ramificadas y filamentosas. Mediante procesos de crecimiento controlados, el micelio puede cultivarse hasta formar una densa red de fibras entrelazadas, creando una matriz biodegradable y duradera apta para aplicaciones textiles. Este cultivo depende de la temperatura, la humedad y el pH del medio. [ 6 ]

Pleurotus ostreatus

Las especies de hongos comúnmente conocidas, basidiomicetos de pudrición blanca, son capaces de degradar carbohidratos poliméricos y utilizarlos para su crecimiento. Pleurotus ostreatus es un hongo comestible de pudrición blanca conocido por degradar celulosa , hemicelulosa y lignina , lo que refuerza su potencial para prosperar en residuos como madera, textiles y desechos agrícolas. El crecimiento de P. ostreatus en residuos textiles y la producción de micelio se probaron en el departamento de ingeniería civil en Ontario, Canadá. [ 7 ] El experimento realizado demostró la aplicabilidad de los residuos textiles como materia prima potencial. Sin embargo, la pérdida de peso del biocompuesto del 1% al 5% se corroboró aún más por la pérdida de agua en la muestra y en el micelio fúngico. Además, se observó una resistencia a la compresión máxima de 270 kPa utilizando un biocompuesto a base de algodón. En general, se obtuvo un biocompuesto ligero que podría ser una alternativa potencial a los productos a base de poliestireno . Estos hallazgos demuestran la capacidad del hongo para desarrollarse en plástico de poliéster en textiles y proporcionan una alternativa para convertir este material plástico en materiales de base biológica. Además, al variar el crecimiento del micelio, se pueden modificar las propiedades de plasticidad y rigidez del biocompuesto resultante. [ 7 ]

complejo β-glucano/quitina

El complejo β-glucano/quitina se refiere a la combinación de dos polisacáridos naturales ( β-glucano y quitina ) presentes en las paredes celulares de los hongos. Este complejo es un componente principal de diversas paredes celulares fúngicas y también se encuentra en ciertas plantas, algas y bacterias. [ 8 ] El β-glucano contribuye a la resistencia estructural de la pared celular y participa en la señalización celular, la modulación inmunitaria y la defensa contra patógenos. La quitina es un polímero de cadena larga formado por unidades de N-acetilglucosamina , unidas por enlaces β-glucosídicos. Proporciona soporte estructural y protección a las células fúngicas, contribuyendo a su rigidez y resistencia. La adición de este complejo a los componentes de crecimiento que conforman la matriz inicial, base de estos biotextiles emergentes, influye significativamente en la durabilidad y utilidad del producto final. [ 9 ]

Textiles a base de biomasa vegetal

Los polímeros a base de polisacáridos se elaboran a partir de frutas y verduras, y las fibras más prometedoras para la producción de biopolímeros incluyen celulosa, almidón, quitina/quitosano, pectina , alginato y carragenina . La soja, el suero de leche y la zeína también se pueden obtener de fuentes vegetales. [ 8 ] Un ejemplo es Pinatex, un cuero a base de piña que se fabrica a partir de las fibras de celulosa de las hojas de piña. Es una alternativa ecológica al cuero tradicional debido a su sostenibilidad y adaptabilidad. Además, su ligereza, resistencia y naturaleza biodegradable lo han hecho muy popular para la moda nueva e innovadora. [ 10 ]

Fibras derivadas de algas (alginato)

El alginato es un polisacárido generado por algas pardas , algas marinas y especies específicas de bacterias.

El alginato bacteriano y el de algas marinas difieren en composición, modificaciones, masa molecular , viscoelasticidad y polidispersidad. Estas cualidades únicas dan lugar a una amplia gama de aplicaciones, incluyendo el desarrollo de nanopartículas, nanotubos, microesferas y microcápsulas a partir de alginato. [ 8 ] Además, se pueden crear diferentes tipos de esponjas, hidrogeles, espumas, elastómeros y fibras con su crecimiento y procesamiento. Se emplea ampliamente en muchas facetas de la fabricación industrial. El alginato se utiliza comúnmente como agente gelificante, espesante y estabilizador en una gran variedad de productos alimenticios. Su capacidad para formar geles en condiciones suaves lo hace particularmente útil para encapsular sabores, vitaminas y otros ingredientes activos. También se utiliza para desarrollar hidrogeles, pastas de impresión y agentes de apresto en las industrias biomédica, textil, cosmética y agrícola. En la industria textil, específicamente, los recubrimientos, aglutinantes y acabados textiles constituyen la mayor parte del uso del alginato; en lugar de formular los hilos en sí, refuerza la resistencia de otros materiales. [ 11 ]

Textiles a base de celulosa bacteriana

A diferencia de la celulosa derivada de plantas, la celulosa bacteriana ofrece propiedades mecánicas superiores, como alta resistencia a la tracción y flexibilidad, lo que la convierte en una opción atractiva para una amplia gama de aplicaciones textiles. Además, el cultivo de celulosa bacteriana se puede lograr mediante procesos de fermentación sencillos, minimizando el impacto ambiental asociado con la fabricación textil tradicional. Se han investigado especies de levaduras, hongos y algas, incluyendo la bacteria Pseudomonas fluorescens , la levadura Yarrowia lipolytica , la esponja Acanthella elongata, el alga Stoechospermum marginatum y el hongo Candida albicans , por su capacidad para ser utilizadas en sustratos para crear compuestos naturales para biotextiles. [ 12 ]

Levadura

La levadura es un organismo fúngico unicelular ampliamente presente en la naturaleza y que desempeña funciones importantes en diversos procesos biológicos. Algunas especies de levadura, como Gluconacetobacter xylinus, son capaces de producir celulosa mediante fermentación. Este cultivo depende de la temperatura, la humedad y el pH del medio. Durante la fermentación, la levadura produce celulosa como matriz extracelular, formando una densa red de fibras de celulosa. Esta celulosa microbiana puede luego recolectarse, purificarse y procesarse para obtener fibras textiles. Sin embargo, este proceso no es uniforme para la mayoría de las especies de levadura. La celulosa microbiana producida por la mayoría de las especies de levadura puede procesarse para obtener fibras textiles tras reforzarse con otras fibras naturales o sintéticas mediante técnicas como el hilado, el tejido o el tricotado. [ 12 ] Según las características deseadas, se pueden controlar propiedades como la resistencia, la suavidad o la absorción de humedad. Los materiales textiles resultantes pueden utilizarse para producir una variedad de productos, incluyendo prendas de vestir, textiles para el hogar y textiles técnicos. El uso de levadura en la industria biotextil ofrece numerosas ventajas medioambientales y económicas. La fermentación de levadura puede llevarse a cabo utilizando materias primas renovables como residuos agrícolas, desechos o azúcares de origen vegetal, lo que reduce la dependencia de recursos finitos y minimiza el impacto ambiental. Además, la producción de celulosa microbiana es altamente eficiente, con requerimientos de energía y agua relativamente bajos en comparación con los procesos convencionales de fabricación textil. [ 13 ] Un método emergente en la creación de biotextiles es el cultivo de levadura modificada genéticamente como fábricas celulares que producen proteínas objetivo de forma sucesiva. Otros avances recientes en biología sintética y procesos de fermentación permiten expresiones de alto nivel de proteínas recombinantes, utilizando bacterias, levaduras, células animales y plantas como biofábricas. [ 8 ]

Textiles a base de proteínas recombinantes

El colágeno , la fibroína , la gelatina , la caseína y la actina se obtienen de forma natural de productos animales. El colágeno y la seda son los biopolímeros más atractivos para el desarrollo de biotextiles.

El colágeno puede producirse a partir de una gran variedad de organismos y fuentes renovables. La secuencia repetitiva de aminoácidos del colágeno le permite formar una estructura proteica secundaria estable de triple hélice. Estas hélices pueden ensamblarse aún más en estructuras cuaternarias, lo que permite que el colágeno adopte la forma de proteínas fibrilares. Estos bloques de construcción proteicos podrían biofabricar materiales resistentes a la abrasión, resistentes al agua, transpirables, ligeros y duraderos con características similares al cuero. [ 8 ] La seda natural tiene una resistencia notable. La proteína fibroína en la seda consiste en largas cadenas repetitivas de aminoácidos, predominantemente glicina, alanina y serina. Estos aminoácidos están dispuestos en una secuencia específica, formando una estructura molecular única que contribuye a las notables propiedades de la seda. La seda tiene una alta resistencia a la tracción que puede atribuirse a su estructura nanocristalina y molecular (enlaces de hidrógeno y estructura de lámina β) y alto grado de orientación. [ 12 ] Se han realizado esfuerzos significativos para obtener fibroína de seda recombinante, principalmente de la araña, el hilo de arrastre o el gusano de seda mediante alteración genética. La proteína desarrollada se aísla posteriormente y se procesa en filamentos mediante técnicas como el hilado.

Seda de araña biosintética en E. coli

Los antiguos griegos y romanos usaban la seda de araña para detener hemorragias y favorecer la cicatrización de heridas, y en la historia más reciente, los pueblos indígenas de las Islas Salomón, así como los aborígenes, crearon aparejos de pesca a partir de la seda de araña, utilizándola como hilo de pescar. [ 14 ] [ 15 ] Uno de los métodos más comunes para producir seda de araña biosintéticamente utiliza bacterias, como Escherichia coli (E. coli) . El ADN celular de E. coli se modifica genéticamente para expresar genes de seda de araña, produciendo proteínas de espidroína dentro de las células. Estas proteínas se extraen, purifican y se hilan en fibras. Si bien E. coli puede producir rendimientos relativamente altos (por ejemplo, hasta 2700 mg/litro para algunas variantes de MaSp1), la eficiencia del proceso es muy baja y persisten muchos desafíos para asegurar el correcto plegamiento y solubilidad de la proteína para obtener propiedades óptimas de la fibra, especialmente para construcciones de espidroína más grandes que a menudo causan toxicidad y muerte celular. [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]

La tabla que aparece a continuación muestra las propiedades mecánicas de la seda de araña de algunas especies para ofrecer una visión general de dichas propiedades. Posteriormente, se enumeran algunos ejemplos notables de seda de araña biosintética producida en E. coli , obtenidos en trabajos recientes.

Existe una gran variedad en las propiedades mecánicas que se pueden lograr en la seda de araña biosintética, dependiendo de las secuencias de espidroína utilizadas, el método de hilado, la especie de araña nativa y si se prioriza la eficiencia en la producción o las propiedades mecánicas máximas.

Fabricación de biotextiles

Prefacio

El procesamiento de los distintos materiales está determinado por el origen de sus especies y el sustrato. Mientras que los textiles a base de biomasa vegetal y frutal se forman en láminas, los biotextiles elaborados con proteínas o celulosa bacteriana se suelen estirar mediante extrusión y hilar para obtener un hilo más resistente. Al cultivar especies vegetales y bacterianas en un sustrato determinado, es posible obtener materiales aprovechando su capacidad para digerir y transformar la celulosa en compuestos naturales. Este proceso implica recolectarlos en soportes adecuados y aplicarles un tratamiento físico y químico, de modo que estas láminas de biomasa se asemejen visualmente al cuero y presenten propiedades materiales y táctiles comparables. El procesamiento de los textiles a base de proteínas implica diversas técnicas de hilado, según el tipo y la calidad que se requiera.

Fabricación de biotextiles

Antes de la producción de biotextiles, las estructuras monofilamento se producían típicamente mediante técnicas de extrusión , donde se extraía un único filamento continuo de una masa fundida de polímero. Estos monofilamentos se pueden usar directamente o procesarse posteriormente para obtener diversos dispositivos biomédicos, como suturas, mallas e injertos vasculares . Los biotextiles se crean mediante múltiples técnicas, como el tejido de punto , el tejido plano y el trenzado , para formar las estructuras similares a telas que se utilizan en aplicaciones biomédicas. Las tres técnicas de hilado principales empleadas tradicionalmente en la fabricación de fibras son el hilado en húmedo, el hilado en seco y el hilado por fusión. [ 4 ]

Tabla 1. Métodos de procesamiento y aplicaciones de biotextiles.

Electrohilado

La electrohilatura es una técnica que utiliza fuerzas electrostáticas para producir fibras ultrafinas a partir de soluciones o fundidos de polímeros. Estas fibras poseen propiedades únicas, como grandes superficies y alta porosidad , lo que las hace valiosas para aplicaciones biomédicas. Las soluciones de polímeros se expulsan a través de una aguja sobre una placa colectora mediante la aplicación de un campo eléctrico, formando nanofibras . Estos andamios son prometedores en la ingeniería de tejidos, ya que ayudan a regenerar diversos tejidos y órganos humanos, como huesos, piel, vasos sanguíneos, hígado y riñones. Se asemejan mucho a la matriz extracelular nativa , lo que facilita la adhesión y proliferación celular. La electrohilatura ofrece un método versátil para crear andamios biocompatibles con estructuras simples para la ingeniería de tejidos. [ 4 ]

Giro de fusión

El hilado por fusión es un método rentable ampliamente utilizado en la industria textil para producir fibras poliméricas sin disolventes. Sin embargo, su aplicación en bioestructuras es limitada debido a factores como la descomposición del polímero a bajas temperaturas, el control inadecuado de la temperatura de fusión durante el hilado y las dificultades para controlar la estructura final de la fibra. En este proceso, los gránulos de polímero se funden en una extrusora para formar una solución de hilado, que luego se extruye a través de una hilera y se enfría rápidamente para solidificar el filamento. A pesar de sus inconvenientes, el hilado por fusión de biopolímeros se ha explorado para diversas bioaplicaciones. El uso de refuerzos de base biológica se está investigando como una solución para superar los desafíos asociados con la producción de biotextiles mediante hilado por fusión. [ 4 ]

centrifugado en seco

El hilado en seco, un método de hilado ancestral, disuelve los polímeros en disolventes, a diferencia del hilado por fusión. Las soluciones poliméricas se extruyen a través de una hilera y luego se pasan por una columna de calentamiento donde el disolvente se evapora, dejando fibras secas. Para este proceso se necesitan disolventes altamente volátiles. Se utiliza vapor o aire caliente para solidificar las fibras y eliminar el disolvente. Esta técnica es adecuada para polímeros propensos a la degradación térmica y aquellos que no pueden formar fundidos viscosos , ofreciendo características superficiales específicas. Los polímeros tradicionalmente hilados en seco incluyen acetato , triacetato , acrílicos, modacrílicos , aramida y elastano. Además de ser complejo y costoso debido a los procesos de recuperación y los mecanismos de transferencia de masa durante la evaporación del disolvente, el hilado en seco proporciona fibras con propiedades únicas. [ 4 ]

Hilado húmedo

El hilado húmedo, introducido con la producción de fibra de rayón , consiste en disolver polímeros en un disolvente adecuado antes de la extrusión. A diferencia del hilado en seco, el disolvente no tiene por qué ser volátil. Durante el hilado húmedo, la solución polimérica se extruye a través de una hilera hacia un baño de coagulación, lo que provoca una inversión de fase y precipitación. Polímeros naturales y sintéticos, como la gelatina, el alginato, el colágeno y la celulosa, se procesan en fibras mediante hilado húmedo para diversas aplicaciones en ingeniería de tejidos. Esta técnica permite la producción de fibras con grandes diámetros y arquitecturas de alta porosidad y estructuras de poros abiertos interconectados, lo que facilita la penetración, adhesión y proliferación celular. [ 35 ]

Giro de gel

El hilado en gel produce fibras con una resistencia excepcional u otras cualidades únicas. Durante la extrusión, el polímero no se encuentra en estado líquido puro. Las cadenas poliméricas se unen en diferentes puntos en forma de cristal líquido , parcialmente separadas como lo estarían en una solución real. Los filamentos resultantes presentan fuerzas intercatenarias sustanciales, que pueden aumentar significativamente la resistencia a la tracción de la fibra. Además, las fuerzas de cizallamiento obligan a los cristales líquidos a alinearse a lo largo del eje de la fibra durante la extrusión. La resistencia se ve reforzada por el grado de alineación excepcionalmente alto de los filamentos al emerger unos de otros. Debido a la primera fase de enfriamiento por aire de los filamentos, el método se conoce como hilado en seco-húmedo. [ 36 ]

centrifugado de solución

El hilado en solución, que incluye el hilado húmedo y el hilado húmedo con chorro seco, crea fibras continuas a partir de materiales incapaces de soportar la fusión. Esta técnica es aplicable a la fabricación de fibras a partir de polímeros naturales y materiales de base biológica como la celulosa, la lignina y las proteínas . Dado que se basa en soluciones poliméricas, el hilado en solución ofrece un potencial significativo para mejorar la funcionalidad de las fibras hiladas en húmedo mediante formulaciones específicas. [ 37 ]

Injerto

En biotextiles, el injerto en superficies se refiere al proceso de unir o fijar moléculas funcionales, como proteínas, péptidos o polímeros, a la superficie de materiales textiles. Este proceso se realiza a menudo para modificar las propiedades superficiales de los textiles, como mejorar la biocompatibilidad, promover la adhesión celular o permitir la liberación controlada de fármacos. El injerto en superficies se puede lograr mediante diversas técnicas, incluyendo la modificación química, el tratamiento con plasma o los métodos de recubrimiento superficial. Estos biotextiles modificados encuentran aplicaciones en campos biomédicos como la ingeniería de tejidos, la cicatrización de heridas y los implantes médicos, donde las propiedades superficiales adaptadas son fundamentales para las interacciones biológicas deseadas. [ 4 ]

Giro de chorro rotatorio

El hilado por chorro rotatorio es una técnica utilizada en la producción de biotextiles que consiste en la extrusión de soluciones o fundidos de polímeros a través de una boquilla de hilado que gira rápidamente. Al salir de la boquilla, la solución o el fundido de polímero se somete a fuerzas centrífugas , formando fibras finas. Estas fibras se recogen para crear un tejido no tejido o una estructura de andamiaje adecuada para diversas aplicaciones biomédicas. El hilado por chorro rotatorio ofrece ventajas como la producción de estructuras altamente porosas con diámetro y alineación de fibra controlables, lo que lo hace prometedor para aplicaciones de ingeniería de tejidos y administración de fármacos en biomedicina. [ 38 ]

Uso y aplicaciones

Industria textil/de la moda de consumo

Seda de cabra como subproducto de la leche

Investigadores de la Universidad de Wyoming han ideado un método para introducir genes de producción de seda de araña en cabras, lo que permite extraer la proteína de seda de la leche de cabra. Esta innovación tiene aplicaciones en diversos campos, incluida la medicina, donde se ha sugerido que la resistencia y elasticidad de la seda de araña se pueden utilizar en ligamentos artificiales, tendones, suturas oculares y reparación de mandíbulas. [ 39 ]

Tradicionalmente, obtener seda de araña en cantidades suficientes requiere el manejo de grandes poblaciones de arañas, lo que a menudo genera conflictos territoriales y canibalismo entre las poblaciones criadas. Para sortear este problema, los científicos han modificado genéticamente cabras para que produzcan la proteína de la seda exclusivamente en su leche. Mediante la cría selectiva, un porcentaje de la descendencia hereda el gen de la proteína de la seda, lo que resulta en mayores rendimientos de esta proteína.

Las cabras transgénicas no presentan diferencias perceptibles en salud, apariencia ni comportamiento en comparación con sus congéneres no transgénicas. En el futuro, los investigadores pretenden transferir genes de seda a plantas de alfalfa , una medida que, según esperan, incrementará aún más la producción de seda. Consideran que la amplia distribución de la alfalfa y su alto contenido proteico la convierten en una candidata prometedora para la síntesis de proteína de seda a gran escala.

textiles de residuos de frutas

En una colaboración entre la marca de moda danesa Ganni y la empresa mexicana de biomateriales Polybion, se creó un prototipo único de chaqueta utilizando celulosa bacteriana derivada de residuos industriales de frutas. A diferencia del cuero tradicional, se ha afirmado que este tejido frutal es respetuoso con el medio ambiente, con una huella de carbono significativamente menor. [ 40 ]

Micelio creciendo en una placa de Petri
Un ejemplo muy general de cómo se puede cultivar micelio.

Una amplia variedad de residuos de frutas, especialmente de mangos, sirven como materia prima para las bacterias, transformándolos en un medio de cultivo. La biomasa bacteriana resultante, conocida como Celium, se somete a un proceso de curtido y acabado similar al del cuero, obteniendo así un material duradero.

textiles de micelio

Los textiles de micelio comienzan con un sustrato elegido inoculado con esporas de hongos o un cultivo de micelio. En un entorno controlado, el micelio crece por todo el sustrato, formando una densa red de fibras. Una vez colonizado por completo, se le da forma y se seca para crear la forma deseada, sometiéndose a tratamientos adicionales para obtener propiedades como la densidad o el acabado superficial. [ 41 ]

Los textiles de micelio son una alternativa sostenible a los textiles tradicionales, elaborados a partir de la estructura radicular de los hongos. [ 42 ] El micelio, la parte vegetativa de los hongos, puede cultivarse en diversas formas, incluyendo textiles. Estos textiles son ecológicos, biodegradables y pueden diseñarse para poseer propiedades deseables como flexibilidad, durabilidad y resistencia al agua. Se ha afirmado que este material tiene una textura similar al cuero. [ 43 ]

Aplicaciones biomédicas

Andamios biotextiles para la regeneración de tejidos

Investigadores de la UC Davis han logrado desarrollar un andamio biotextil de colágeno para ayudar en el proceso de cicatrización de quemaduras profundas y extensas. Este andamio, que utiliza un biomaterial especialmente diseñado, ha demostrado eficacia para promover la formación de nuevos vasos sanguíneos y reducir las complicaciones asociadas con quemaduras graves. [ 44 ]

El estudio resalta la capacidad del andamio para acelerar la cicatrización de heridas en modelos de ratón y mitigar las complicaciones relacionadas con las quemaduras, como la pérdida de líquidos y la infección. Tras probar diferentes tipos de andamios, el equipo de investigación observó que el tratamiento combinado con células endoteliales presentó la mayor tasa de cicatrización.

Mallas biotextiles

En el nuevo paradigma de la ingeniería de tejidos , los profesionales están intentando desarrollar nuevos textiles para que el cuerpo pueda formar tejido nuevo alrededor de estos dispositivos y así no dependa únicamente de material sintético implantado. La estudiante de posgrado Jessica Gluck ha demostrado que se pueden cultivar células hepáticas viables y funcionales en andamios textiles. [ 2 ]

Impactos ambientales y en la salud

La industria textil es una de las mayores contaminadoras de agua y tierras agrícolas. Esta industria ha causado numerosos impactos negativos en el medio ambiente, así como en la salud humana y los ecosistemas. La contaminación del agua debido al vertido de aguas residuales que contienen tintes textiles es la mayor preocupación ambiental y ecológica derivada de la industria textil. Existen varios problemas de salud relacionados con el vertido de aguas residuales contaminadas con tintes textiles, como problemas respiratorios, irritación de la piel, reacciones alérgicas y cáncer. [ 1 ] Los biotextiles, como el denim de ortiga y cáñamo, están empezando a utilizarse como sustitutos de los textiles sintéticos en la industria textil para intentar prevenir estos impactos ambientales y sanitarios negativos. [ 5 ]

Impactos ambientales

La industria textil moderna genera diversos impactos ambientales negativos, como el vertido de tintes y pigmentos textiles en aguas residuales, las emisiones de gases de efecto invernadero derivadas de la producción, el alto consumo de energía y recursos, y la gran cantidad de residuos que se depositan en vertederos. La contaminación del agua es la principal preocupación ambiental, ya que los pigmentos y tintes textiles no se biodegradan de forma natural con el tiempo, lo que supone un riesgo directo para la salud tanto de los seres humanos como de la fauna silvestre del ecosistema. [ 1 ]

Degradación de los materiales

Una de las mayores preocupaciones de la industria textil moderna es que los textiles sintéticos no se biodegradan con el tiempo. Aproximadamente 700.000 toneladas de tintes se utilizan en la industria textil cada año. Entre el 10 y el 15 por ciento de los tintes utilizados en la producción de ropa permanecen sin fijar. [ 1 ] Estos tintes y pigmentos contaminan las aguas residuales y se vierten en cuerpos de agua locales. Aproximadamente el 20 por ciento de las aguas residuales producidas a nivel mundial provienen de la industria textil. [ 3 ] Los tintes textiles degradan la calidad estética de estos cuerpos de agua locales e impiden que la luz solar penetre en la superficie del agua. Estos tintes dañan los ecosistemas acuáticos, ya que la contaminación del agua perjudica la fotosíntesis y genera un ambiente hipóxico incapaz de sustentar la vida. La contaminación por tintes textiles también perjudica a los seres humanos, ya que las toxinas que contienen pueden bioacumularse y biomagnificarse a lo largo de la cadena alimentaria, causando problemas de salud a las especies que se encuentran en la cima de la cadena alimentaria, como los seres humanos. [ 1 ] 

La aplicación de aislados bacterianos ofrece una solución prometedora para mejorar la calidad del agua en ambientes marinos contaminados con colorantes. Los aislados bacterianos degradan y eliminan los colorantes textiles de las aguas residuales mediante diversos métodos, como la biodegradación y la biosorción . Tienen la capacidad de biodegradar moléculas complejas de colorantes en moléculas simples mediante reacciones enzimáticas. Los aislados bacterianos descomponen las moléculas de colorante reduciendo su color y toxicidad, lo que mejora los ecosistemas. La biodegradación presenta numerosas ventajas, como una alta eficiencia en la eliminación de colorantes, un bajo costo y la posibilidad de utilizar diversos microorganismos , como bacterias, hongos, algas y enzimas. Sin embargo, sus desventajas radican en que este proceso requiere un entorno favorable para el crecimiento de estos microorganismos, genera lodos biológicos y es un proceso lento. Los aislados bacterianos también pueden adsorber moléculas complejas de colorantes en la superficie de sus células. Este proceso de adsorción implica la unión física de las moléculas de colorante a las paredes celulares bacterianas, seguida de la eliminación de estos aislados de las aguas residuales. Las ventajas de este proceso son su alta eficiencia en la eliminación de colorantes y su corto tiempo de reacción. También existen desventajas, ya que este proceso no es aplicable a todos los tipos de tintes y genera un producto de desecho tóxico. [ 1 ]

Ciclo de reciclaje textil
Sistema de reciclaje circular para textiles biológicos

Reciclaje de circuito cerrado

Existen otros impactos ambientales nocivos derivados de la producción de textiles sintéticos, como la emisión de grandes cantidades de gases de efecto invernadero, el alto consumo de energía y la generación de residuos en vertederos. Una fábrica textil típica consume aproximadamente 1,6 millones de litros de agua para producir 8.000 kilogramos de tela. [ 1 ] Este es un problema mundial, ya que la industria textil contribuye a cerca del 10 por ciento de las emisiones globales de gases de efecto invernadero. Tan solo en 2016, únicamente el 1 por ciento de las 180.000 toneladas de residuos textiles producidas se reciclaron para fabricar ropa nueva. [ 3 ] Las fibras textiles viejas restantes terminaron en vertederos como residuos.

Una solución que se está implementando actualmente en la industria textil para combatir estos problemas es un sistema de reciclaje de circuito cerrado . En el contexto de la industria textil, el reciclaje de circuito cerrado implica la recolección de textiles usados, su procesamiento mediante diversos métodos de reciclaje mecánicos, químicos o biológicos para transformar textiles usados ​​y desgastados en textiles nuevos. Dentro de un sistema de reciclaje de circuito cerrado, los textiles pueden reciclarse para obtener un producto similar, transformarse en un producto nuevo de mayor calidad o transformarse en un producto nuevo de menor calidad. Este enfoque reduce los residuos, conserva los recursos y minimiza el impacto ambiental de la producción textil al promover una economía circular donde los materiales se reciclan y reutilizan en un circuito cerrado continuo. Como se muestra en la figura, los grupos de enzimas celulasa , PETasa y queratinasa se utilizan dentro del circuito cerrado de reciclaje para descomponer textiles viejos, como el poliéster y el nailon, en aminoácidos , glucosa o monómeros sintéticos . Estos monómeros luego se polimerizan químicamente y se combinan para crear ácido poliláctico (PLA), polihidroxialcanoatos (PHA), seda y polímeros de celulosa bacteriana de alta calidad . Posteriormente, estos polímeros sintetizados se utilizan para crear fibras artificiales biodegradables, que luego se emplean para fabricar nuevos textiles biodegradables. Estos textiles se utilizan hasta que se desgastan y se despolimerizan para continuar el ciclo cerrado de reciclaje. [ 3 ]

Biotextiles sostenibles

Los biotextiles se utilizan como alternativa a los textiles sintéticos para prevenir y combatir el exceso de contaminación por agua y residuos de la industria textil. Grandes marcas como Nike, Adidas, Hermès y Stella McCartney están empezando a utilizar biotextiles en algunas de sus colecciones de moda. Una solución creada por empresas textiles sostenibles como Pangaia y Agraloop es el denim elaborado con plantas de ortiga y cáñamo. Las plantas de ortiga son un recurso renovable y biodegradable que se puede utilizar para diseñar denim de ortiga mezclando algodón orgánico y ortiga del Himalaya. El cáñamo es otra planta que estas dos empresas están investigando como material alternativo para el denim, ya que es más duradero y consume solo una décima parte del agua necesaria para el algodón. [ 5 ]

La empresa Collina Strada está desarrollando otra solución biotextil llamada rose sylk. Rose sylk es una fibra de celulosa orgánica y biodegradable que se obtiene de los residuos naturales de tallos y arbustos de rosas. Collina Strada promueve el reciclaje y la reutilización de textiles viejos, utilizando fábricas para transformar los residuos textiles de Ghana en aislamiento para abrigos y viviendas. Una tercera solución consiste en prendas de vestir hechas con una alternativa al cuero a base de piña, que actualmente utilizan grandes marcas como Nike, Hugo Boss y H&M. Esta alternativa al cuero de piña se elabora con fibras de celulosa extraídas de las hojas y tallos de la piña. El uso de residuos agrícolas de piña en lugar del cuero tradicional ha evitado la emisión de aproximadamente 264 toneladas de dióxido de carbono a la atmósfera, reduciendo así las emisiones de gases de efecto invernadero. [ 5 ]

Impactos en la salud

Existen varios impactos negativos para la salud debido al vertido de aguas residuales que contienen tintes textiles en cuerpos de agua locales. Estos problemas de salud incluyen problemas respiratorios, irritación de la piel, reacciones alérgicas y cáncer. Algunos de los problemas respiratorios que causan los tintes textiles son tos, sibilancias, asma y estornudos. La contaminación por tintes textiles causa irritación de la piel y síntomas de reacciones alérgicas como picazón y lagrimeo en los ojos, ojos irritados, congestión y secreción nasal. Además, el efluente de aguas residuales que contiene tintes textiles y metales traza puede causar problemas de salud a largo plazo, como irritación cutánea grave, dermatitis , úlceras cutáneas e incluso cáncer. [ 1 ]

Biocompatibilidad

La biocompatibilidad de los textiles con el cuerpo humano es fundamental al analizar cómo los textiles sintéticos y los biotextiles afectan la salud. Los materiales utilizados para su fabricación deben ser compatibles con el cuerpo humano y otros animales para evitar efectos negativos en la salud de estos organismos. Los textiles sintéticos provocan numerosos efectos negativos en la salud, tanto de los seres humanos como de la fauna silvestre, debido a su persistencia en el medio ambiente y su falta de biodegradación. Los biotextiles, por otro lado, no presentan problemas de salud conocidos para humanos ni animales, ya que se producen a partir de fuentes biológicas naturales que se biodegradan fácilmente con el tiempo.

Véase también

Referencias

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