Categoría: Grafeno Exfoliado

Grafeno: La próxima revolución en aplicaciones biomédicas

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Grafeno:

La próxima revolución en aplicaciones biomédicas

Parte I. Ingeniería de Tejidos

Los avances en la medicina han llegado a niveles hasta hace poco tiempo, inimaginados. Entre ellos, la ingeniería de tejidos tiene una participación importante. Con ella es posible combinar células, biomateriales y moléculas biológicamente activas con el objetivo de reparar o replicar tejidos u órganos con un funcionamiento similar al de la estructura original. En principio, los biomateriales son utilizados como andamios moleculares para que actúen como soporte o guía tridimensional (3D) para el anclaje y crecimiento de las células que se encargarán de formar el nuevo tejido.

Los primeros andamios moleculares se diseñaron con materiales naturales como el colágeno, glicosaminoglicanos (GAGs), quitosano y alginatos; después con compuestos artificiales como el poliácido láctico (PLA), ácido poliglicólico (PGA), ácido poli (láctico-co-glicólico) (PLGA), poliuretanos (PUs), politetrafluoroetileno (PTFE), polietilentereftalato (PET); biocerámicas como la hidroxiapatita (HA) y fosfato tricálcico; metales como el acero inoxidable, aleaciones cromo-cobalto (Co-Cr) o aleaciones de titanio (Ti) y recientemente, las nuevas investigaciones se orientan al uso de la nanotecnología.

La relación entre la nanotecnología y la ingeniería de tejidos se debe a que la matriz extracelular (MEC) que ayuda a que las células se unan y se comuniquen entre sí, está formada por una red de fibras de tamaño nanométrico compuesta por moléculas bioactivas. Es en este punto donde la nanotecnología abre nuevas posibilidades a la medicina regenerativa, pues se ha comprobado que el uso de materiales que actúen en la misma escala nanométrica de la MEC favorece para mimetizar el entorno fisiológico del organismo para estimular el crecimiento y diferenciación celular en un ambiente más natural.

Entre los nanomateriales más estudiados en los últimos años están los materiales grafénicos,que consisten en láminas nanométricas de átomos de carbono organizados en redes hexagonales de dos dimensiones (2D). Entre las propiedades más interesantes para la ingeniería de tejidos destacan su extensa superficie de área, resistencia mecánica, conductividad térmica, biocompatibilidad y finalmente, una extraordinaria capacidad para compartir sus propiedades con otros materiales para mejorar sus características originales.

Por ejemplo, el uso de materiales grafénicos dentro de la arquitectura 3D de ciertos biopolímeros en pruebas realizadas sobre tejidos de corazón, hígado, hueso, cartílago y piel, ha demostrado mejoras sustanciales de sus propiedades fisicoquímicas, mecánicas, eléctricas y biológicas, logrando excelente respuesta para la adhesión y diferenciación de células madre.

En 2022 el centro tecnológico Andaltec (España) reportó el desarrollo de un material a partir de polímeros derivados del grafeno por impresión 3D con gran potencial para la regeneración de tejido muscular. Ellos demostraron que en presencia de los derivados de grafeno las células se contraen y se expanden sin que exista un estímulo externo, por lo tanto, tiene grandes posibilidades para su uso en medicina regenerativa.

Por otro lado, la División de Estudios de Posgrado e Investigación (DEPeI) en Odontología, UNAM y la Escuela Nacional de Estudios Superiores (ENES) Unidad León, Mx., a través de un estudio publicado en el J Oral Res 2021 respalda las posibilidades del óxido de grafeno (GO) en el diseño de biomateriales para uso odontológico. Los resultados de la investigación realizada sobre muestras de GO (Graphenemex®) concluyeron que este nanomaterial en combinación con el polimetilmetacrilato (PMMA), además de mejorar sus propiedades físico-mecánicas, también demostró buena compatibilidad y una interesante estimulación de la proliferación celular al ser evaluado sobre cultivos con fibroblastos-gingivales, células-pulpares-dentales y osteoblastos humanos.

En 2020, investigadores de la Universidad de Málaga (España) publicaron otro estudio que de igual manera identificó al GO como el material idóneo para la medicina regenerativa. El estudio realizado sobre un modelo animal evidenció alta biocompatibilidad de distintos tipos de óxido de grafeno con células dopaminérgicas, favoreciendo su maduración y protegiéndolas de las condiciones tóxicas de la enfermedad de Parkinson, esto resultados postulan al GO como un andamio adecuado para probar nuevos fármacos o desarrollar construcciones para la terapia de reemplazo de células de la enfermedad de Parkinson.

A pesar de la gran cantidad de investigaciones sobre las interacciones de los materiales grafénicos con los medios biológicos, aún queda un largo camino por recorrer para tener estos biomateriales disponibles y en funcionamiento clínico. Energeia- Graphenemex, la empresa mexicana pionera en América Latina en la investigación y desarrollo de aplicaciones con materiales grafénicos, en colaboración con otras compañías y centros de investigación busca contribuir con la ciencia para comprender estas interacciones en un marco de seguridad, para sentar bases sólidas sobre el uso de la nanotecnología grafénica en el sector biomédico en beneficio de la sociedad.

Redacción: EF/DHS

Referencias

  1. Graphene and its derivatives: understanding the main chemical and medicinal chemistry roles for biomedical applications. J Nanostructure Chem, 2022, 12:693
  2. Biological and physico-mechanical properties of poly (methyl methacrylate) enriched with graphene oxide as a potential biomaterial. J Oral Res 2021; 10(2):1
  3. Graphene-Based Antimicrobial Biomedical Surfaces. ChemPhysChem 2021, 22, 250
  4. Functionalized Graphene Nanoparticles Induce Human Mesenchymal Stem Cells to Express Distinct Extracellular Matrix Proteins Mediating Osteogenesis. Int J Nanomed 2020:15 2501
  5. Graphene Oxide and Reduced Derivatives, as Powder or Film Scaffolds, Differentially Promote Dopaminergic Neuron Differentiation and Survival. Front. Neurosci., 21 December 2020. Sec. Neuropharmacology Volume 14
  6. International Journal of Nanomedicine 2019:14 5753
  7. Biocompatibility Considerations in the Design of Graphene Biomedical Materials. Adv. Mat. Interfaces 2019, 6, 1900229
  8. Graphene based scaffolds on bone tissue engineering. Bioengineered, 2018, 9:1, 38
  9. When stem cells meet graphene: Opportunities and challenges in regenerative medicine. Biomaterials, 2018, 155, 236
  10. Graphene-based materials for tissue engineering. Adv. Drug Deliv. Rev. 2016,105, 255
  11. Capítulo 92e: Ingeniería de tejidos, Anthony Atala. 2023 McGrawHill.

Tomado de Journal of Nanostructure in Chemistry (2022) 12:693

El grafeno como una alternativa sostenible para la purificación del agua

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El grafeno como una alternativa sostenible

para la purificación del agua

Los materiales grafénicos, es decir, el Grafeno, Óxido de Grafeno (GO) y Óxido de Grafeno reducido (rGO), son nanoestructuras de carbono que, gracias a su tamaño, área y química superficial permiten diseñar nuevos materiales tridimensionales y multifuncionales con altas probabilidades para resolver las problemáticas asociadas a la escasez de agua.

Por ejemplo, son potenciales agentes coagulantes/ floculantes, esto se debe a que cuentan con una extensa área superficial a lo largo de la cual existen múltiples puntos de anclaje capaces de captar una gran cantidad de materia orgánica e inorgánica, es decir, altamente útiles para la captación de contaminantes.

Principales estrategias del uso de materiales grafénicos para la captación de contaminantes. Tomado de Environ. Sci. Technol., 2012, 46, 7717.

También son químicamente inertes y al estar inmovilizados en un sustrato evitan que la materia orgánica se adhiera a las superficies. Esta propiedad al ser implementada en la tecnología de membranas permitiría un flujo de agua casi sin fricción, en otras palabras, el uso de los materiales grafénicos podría lograr que el paso de agua se mantenga constante por más tiempo y por lo tanto provea de una mayor eficiencia energética.

Asimismo, su tamaño nanométrico, la disposición de sus láminas y la presencia de millones de nanocanales entre ellas los hacen altamente impermeables actuando como tamizaje de moléculas o contaminantes.

Transporte de iones y agua a través de los nanocanales de grafeno.
Tomado de J. Phys. Chem. C 2020, 124, 31, 17320.

Finalmente, las importantes propiedades antimicrobianas y fotocatalíticas del grafeno y sus derivados además de reducir la carga microbiana mediante el aprovechamiento de la luz solar, también ayudarían a disminuir los requerimientos de agentes biocidas.

Representación esquemática del grafeno en estructuras 3D para purificación de agua.
Tomado de Gels 2022, 8, 622.

La identificación, comprensión y aprovechamiento de las propiedades del grafeno para el desarrollo de productos reales no ha sido una tarea sencilla. Sin en embargo, el pasado 3 de noviembre de 2022 el Graphene flagship, el proyecto multidisciplinario en el cual hace casi 10 años la Comisión Europea invirtió 1,000 millones de euros para la investigación del Grafeno, anunció los resultados del Proyecto Graphilque consistió en el desarrollo de un nuevo filtro de polisulfona con Óxido de grafeno que actúa como una red mecánica más eficiente para atrapar partículas contaminantes como metales pesados, antibióticos, virus, bacterias, toxinas, etc., permitiendo a su vez el paso de agua limpia y segura.

Por su parte, Energeia- Graphenemex® la empresa mexicana pionera en América Latina en la investigación y desarrollo de aplicaciones con materiales grafénicos, en colaboración con otras compañías y centros de investigación, se suma a esta búsqueda de estrategias para mejorar la disponibilidad y calidad del agua mediante el uso del grafeno, esperando en el corto plazo tener todos estos beneficios disponibles para la sociedad.

Referencias:

  1. Yu Z, Wei L, Lu L, Shen Y, Zhang Y, Wang J, Tan X. Structural Manipulation of 3D Graphene-Based Macrostructures for Water Purification. Gels. 2022, 29; 8(10):622.
  2. Alessandro Kovtun, Antonio Bianchi, Massimo Zambianchi, Cristian Bettini, Franco Corticelli Giampiero Ruani, Letizia Bocchi,Francesco Stante,Massimo Gazzano, Tainah Dorina Marforio, Matteo Calvaresi, Matteo Minelli,Maria Luisa Navacchia, Vincenzo Palermo and Manuela Melucci. Core–shell graphene oxide– polymer hollow fibers as water filters with enhanced performance and selectivity. Faraday Discuss., 2021, 227, 274.
  3. Sebastiano Mantovani,Sara Khaliha, Laura Favaretto, Cristian Bettini,Antonio Bianchi, Alessandro Kovtun, Massimo Zambianchi, Massimo Gazzano,  Barbara Casentini, Vincenzo Palermo and Manuela Melucci. Scalable synthesis and purification of functionalized graphene nanosheets for water remediation. Chem. Commun., 2021, 57, 3765
  4. Sara Khaliha, Tainah D. Marforio, Alessandro Kovtun, Sebastiano Mantovani, Antonio Bianchi, Maria Luisa Navacchia, Massimo Zambianchi, Letizia Bocchi. Nicoals Boulanger. Artem Iakunkov, Matteo Calvaresi, Alexandr V. Talyzin, Vincenzo Palermo, Manuela Melucci. Defective graphene nanosheets for drinking water purification: Adsorption mechanism, performance, and recovery. FlatChem., 2021, 29 100283.
  5. Yunzhen Zhao, Decai Huang, Jiaye Su, and Shiwu Gao. Coupled Transport of Water and Ions through Graphene Nanochannels. J. Phys. Chem. C 2020, 124, 31, 17320
  6. F. Guo, G. Silverberg, S. Bowers, S.-P. Kim, D. Datta, V. Shenoy and R. H. Hurt, Environmental Applications of Graphene-Based Nanomaterials. Environ. Sci. Technol., 2012, 46, 7717
  7. https://graphene-flagship.eu/graphene/news/graphene-applications-graphil/

Pinturas a la cal reforzadas con grafeno: la revolución en la industria de la construcción

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Pinturas a la cal reforzadas con grafeno:

la revolución en la industria de la construcción

Pese a que no se conoce la fecha exacta en la que el hombre conoció la cal, existen registros que datan de hace más de 14000 años respecto a su uso. En el caso de México, se utiliza desde la época prehispánica tanto para construcción como para la nixtamalización, en la antigua Grecia se utilizó para colorear numerosos frescos (2800 A.C.- 1000 D.C.), la muralla china se construyó después de estabilizar el suelo con cal (500 D.C.) y entre muchos otros datos históricos, la cal se popularizó en Europa durante la Edad Media por sus propiedades desinfectantes, transpirables e ignífugas, usándose mayormente como recubrimiento en el exterior de las casas y cuarteles. Posteriormente su implementación en las ciudades se extendió hasta principios de 1900 y no fue hasta la mitad de ese mismo siglo que llegó a las zonas rurales, periodo en el cual las pinturas sintéticas ganaron terreno sobre la cal gracias a su facilidad de aplicación, amplia gama de colores y bajo costo.

Sin embargo, a finales de los años 70 y debido a la toma de conciencia sobre los peligros de algunas pinturas sintéticas con respecto a la salud y a la contaminación medioambiental que ocasionaban ciertos componentes (metales pesados y componentes orgánicos volátiles [COV]), las pinturas a la cal volvieron a tener auge al ser productos más seguros y con menor huella en el medio ambiente.

Entre los beneficios de las pinturas o recubrimientos base cal están que son productos 100% naturales, ecológicos y libres de COV, que durante su proceso de endurecimiento absorbe CO2, esto quiere decir que su uso contribuye en cierta medida a la purificación del aire. También son materiales transpirables, es decir, permiten que las estructuras “respiren” y no concentren humedad. Además, son termorreguladores, esto significa que no permiten que haya cambios drásticos de temperatura en las construcciones y por el contrario contribuyen a que las construcciones se mantengan frescas.

No obstante, y pese a sus grandes ventajas, uno de los principales inconvenientes de las pinturas a la cal es su alta permeabilidad y, por lo tanto, poca resistencia a la humedad relacionada a su vez con una limitada adherencia que obliga a trabajos constantes de mantenimiento. Por otro lado, y aunque a la cal se le atribuyen propiedades antimicrobianas o biocidas, no es conveniente asegurar que todos los productos que la contienen ofrecen esta protección, ya que son materiales susceptibles de ser atacados por especies microbianas como Aspergillus spp., Cladosporium spp., Fusarium spp., Trichoderma spp., Actinobacterias y Bacteroidetes entre otras especies responsables de su biodeterioro así como de algunas infecciones.

Con el objetivo de contribuir a un presente y futuro sustentable, en 2022 la alianza estratégica entre las empresas Energeia-Graphenemex® y Oxical® después de casi 2 años de investigación, lanzaron al mercado un nuevo recubrimiento elaborado a partir de cal de alta pureza modificada con nanopartículas de Grafeno, bajo la marca Graphenecal®.

La nanoingeniería de Graphenecal llega al mercado para crear una nueva generación de   recubrimientos base cal que supera las características de las pinturas base agua fabricadas a partir de resinas químicas. La red nanométrica que genera las nanopartículas de grafeno en combinación con la cal de alta pureza y otros productos naturales utilizados en su formulación, compacta y organiza toda su estructura a nivel molecular ofreciendo mayor durabilidad al recubrimiento y mejorando sus características, gracias al perfecto equilibrio que existe entre una mayor impermeabilidad (>50- 80%) con una adecuada transpirabilidad evitando la acumulación de humedad en las superficies, aunado a los excelentes beneficios que ofrece su gran capacidad antimicrobiana (>99.9%) que evita la adhesión y formación de biopelículas microbianas no solo para proteger contra el biodeterioro de las estructuras sino también como herramienta en el control de infecciones, entre otras ventajas como excelente adherencia, poder cubriente, resistencia contra los efectos de la intemperie, mayor termorregulación, captación de CO2 y menor huella de carbono en comparación con otros productos, sin necesidad de aditivos químicos, biocidas, ni contaminantes, colocando a México a la vanguardia en el desarrollo de productos amigables con el medio ambiente.

A los 4 días de aplicación, Graphenecal es 50% más impermeable que las pinturas a la cal sin grafeno. A partir del día 30 esta propiedad se eleva hasta 85% sin afectar la transpirabilidad del producto.
Imagen representativa de la impermeabilidad de Graphenecal sobre dos sustratos distintos.
Sobre la pintura a la cal sin grafeno se formó una biopelícula microbiana en más del 90% de su superficie. El área recubierta con Graphenecal se mantuvo libre de contaminación durante la prueba.

Protección contra bacterias, virus y hongos con recubrimientos grafénicos

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Recubrimientos Protección contra bacterias, virus y hongos con

recubrimientos grafénicos

En menos de 20 años el mundo ha enfrentado a una serie de fenómenos anormales causados por patógenos altamente infecciosos. La fácil y rápida transmisibilidad de las infecciones obliga a buscar estrategias cada vez más eficientes para reforzar los servicios sanitarios, además de representar un cambio radical en nuestro estilo de vida, donde las extremas técnicas de higiene se ubican en el primer lugar de importancia para evitar la propagación y contagio masivo dentro y fuera de los hospitales.

Enfermedades virales de mayor impacto.

  • 2002-2003. Síndrome respiratorio agudo grave (SARS-Cov).
  • 2012. Síndrome respiratorio de medio oriente (MERS- Cov).
  • 2014- 2016. Ébola.
  • 2019- 2022. SARS-Cov-2.

>6.5 millones de muertes.

Bacterias peligrosas para la salud humana:

  • Staphylococcus aureus.
  • Streptococcus pneumoniae.
  • Pseudomonas aeruginosa.
  • Haemophilus influenzae.
  • Helicobacter pylori.

Hongos frecuentes en ambiente doméstico:

  • Aspergillus spp.
  • Cladosporium spp.
  • Alternaria spp.
  • Acremonium spp.
  • Epiccocum spp.
  • Penicillium spp.
  • Stachybotrys spp.


El Grafeno como coadyuvante en el control de infecciones

En 2018 Energeia- Graphenemex® lanzó al mercado la línea Graphenergy antimicrobiano integrada por dos recubrimientos especializados de base vinílica y vinil acrílica con Óxido de grafeno cuyo potencial antimicrobiano es 400 veces superior a los productos comunes, ayudando a mantener las superficies libres de hongos y bacterias por tiempo prolongado.

Estudios in vitro y en ambiente relevante realizados por el Laboratorio de Patología, Bioquímica y Microbiología de la Facultad de Estomatología de la U.A.S.L.P., demostraron que las superficies protegidas con Graphenergy antimicrobiano se mantienen libres de microorganismos por más de 6 meses, sin necesidad de químicos adicionales. Figura 1.

Fig. 1. Resultados a 2, 4 y 6 meses sobre la protección de Graphenergy antimicrobiano comparados con un grupo control (Sin Óxido de Grafeno).
Importante: Una superficie limpia se encuentra en un rango de 1-10 UFC/cm2.

En 2022, la alianza estratégica entre las empresas Energeia-Graphenemex® y Oxical® se prepara para lanzar al mercado un nuevo recubrimiento 100% natural, sin compuestos tóxicos (COVs), altamente impermeable, transpirable y altamente antimicrobiano elaborado a partir de Cal de alta pureza modificada con nanopartículas de Grafeno, bajo la marca Graphenecal ecológico.

Su extraordinaria capacidad antimicrobiana no solo es un gran coadyuvante para mantener los espacios libres de microorganismos, sino que también protege contra el biodeterioro de las superficies, particularmente de aquellas con alto valor histórico. Figura 2.

Fig. 2. La pintura a la cal sin grafeno presenta una biopelícula microbiana en más del 90% de su superficie. El área recubierta con Graphenecal ecológico se mantuvo libre de contaminación por más de 100 días de incubación. El efecto antimicrobiano de Graphenecal ecológico es altamente eficaz, con una reducción de microorganismos de 7 Log10.

¿La nanotecnología grafénica es segura?

Sí, los recubrimientos antimicrobianos Graphenergy y Graphenecal son tan seguros como cualquier pintura o recubrimiento convencional. Las nanopartículas de Grafeno y Óxido de grafeno contenidas en sus formulaciones no se desprenden ni liberan sustancias tóxicas al medio ambiente.

“No todos los microorganismos son peligrosos, pero es mejor mantenerlos alejados”

¿Cómo actúan los materiales grafénicos?


  1. Barrera física- Alta impermeabilidad. Los materiales grafénicos suelen presentarse en millones de bloques compuestos por 1 hasta 10 láminas nanométricas similar a un paquete de naipes, existiendo entre cada lámina múltiples caminos sinuosos que actúan como una barrera externa que suprime la entrada de nutrientes esenciales para el crecimiento microbiano.

  2. El Grafeno y sus derivados pueden actuar como donadores o aceptores de electrones alterando la cadena respiratoria del microorganismo o bien, extrayendo sus electrones. Este desequilibrio a manera de nano- circuito es tan rápido que no le da tiempo al microorganismo de recuperarse y, por lo tanto, lo inactiva antes de adherirse a la superficie.

  3. Daño estructural. Los bordes de las láminas del nanomaterial actúan como pequeñas navajas que dañan o rompen la membrana celular del microorganismo, alterando su funcionamiento y evitando su viabilidad.

¿Los materiales grafénicos tienen actividad antiviral?

El efecto antiviral de los materiales grafénicos parece no ser muy distinto al descrito contra hongos y bacterias. Las hipótesis están dirigidas hacia un interesante efecto sinérgico entre impermeabilidad, daño estructural e interacciones electrostáticas por la polaridad positiva de algunos virus (SARS- Cov- 2) y la polaridad negativa del Óxido de grafeno, además de su gran capacidad de anclaje a proteínas.

Energeia- Graphenemex® es la empresa mexicana pionera en América Latina enfocada en la investigación y producción de materiales grafénicos para el desarrollo de aplicaciones a nivel industrial.  Además de agregar valor a sus productos con las propiedades multifuncionales del Grafeno y sus derivados, la compañía también tiene como objetivo crear alianzas estratégicas para apoyar desarrollos de innovación con nanotecnología grafénica.

Referencias

  1. García-Contreras R, Guzmán Juárez H, López-Ramos D & Alvarez Gayosso C. Biological and physico-mechanical properties of poly (methyl methacrylate) enriched with graphene oxide as a potential biomaterial. J Oral Res 2021; 10(2):1-9. Doi:10.17126/joralres. 2021.019
  2. UM.D. Giulio, R. Zappacosta, S.D. Lodovico, E.D. Campli, G. Siani, A. Fontana, L. Cellini, Antimicrobial and antibiofilm eficacy of graphene oxide against chronic wound microorganisms. Antimicrob. Agents Chemother. 62(7), e00547-18 (2018). https://doi.org/10.1128/AAC.00547-18
  3. H.E. Karahan, C. Wiraja, C. Xu, J. Wei, Y. Wang, L. Wang, F. Liu, Y. Chen, Graphene materials in antimicrobial nanomedicine: current status and future perspectives. Adv. Healthc. Mater. 7(13), 1701406 (2018). https://doi.org/10.1002/ adhm.201701406
  4. Sydlik SA, Jhunjhunwala S, Webber MJ, Anderson DG, Langer R. In vivo compatibility of graphene oxide with differing oxidation states. ACS Nano. 2015. 9: 3866
  5. Yang K, Zhang S, Zhang G, Sun X, Lee ST, Liu Z. Graphene in mice: ultrahigh in vivo tumor uptake and efficient photothermal therapy. Nano Lett. 2010. 10: 3318.
  6. Bhattacharya K, Farcal LR, Fadeel B. Shifting identities of metal oxide nanoparticles: focus on inflammation. 2014. MRS Bull; 39: 970
  7. Huang PJ, Pautler R, Shanmugaraj J, Labbé G, Liu J. Inhibiting the VIM-2 metallo-β-lactamase by graphene oxide and carbon nanotubes. ACS Appl Mater Interfaces 2015; 7: 9898.
  8. Moghimi SM, Wibroe PP, Wu L, Farhangrazi ZS. Insidious pathogen-mimicking properties of nanoparticles in triggering the lectin pathway of the complement system. Eur J Nanomedicine. 2015; 7: 263.
  9. Bhattacharya K, Mukherjee SP., Gallud A., Burkert SC., Bistarelli S., Bellucci S., Bottini, M., Star A., Fadeel B. Biological interactions of carbon-based nanomaterials: From coronation to degradation. Nanomedicine: Nanotechnology, Biology, and Medicine. 2016. 12. 333

El grafeno: una revolución en la industria papelera

Publicado el | por Energeia Graphenemex

El Grafeno:

una revolución en la industria papelera

La industria papelera representa un mercado muy amplio y versátil, de hecho y pese a los retos que afronta por el impacto de los medios digitales y por su competencia con el plástico, su producción mundial sigue siendo considerable superando los 400 millones de toneladas distribuidas en productos para envase y embalaje, de uso higiénico y sanitario, así como papel para impresión, escritura y prensa.

“Se estima que para fines del 2022 el cartón represente dos tercios de la producción mundial de papel”

Por otro lado, la continua necesidad de innovación así como la búsqueda de soluciones para las problemáticas inherentes a estos productos como su fácil contaminación y permeabilidad, han logrado que la nanotecnología se mantenga como una herramienta importante con el uso de distintos nanomateriales como los nano- cristales y nano- fibras de celulosa, nanopartículas de óxido de silicio (SiO2), dioxido de titanio (TiO2), dioxido de zinc (ZrO2) y recientemente los materiales grafénicos como el grafeno y óxido de grafeno (GO) 1 con el objetivo de diseñar bloques de construcción a nano- escala para obtener redes más densas y menos porosas que, además de mejorar la calidad del producto final también diversifiquen su uso.

“La celulosa, además de ser uno de los polímeros naturales más abundantes en la tierra, también es la materia prima principal de la industria papelera. El grafeno se obtiene del grafito, un mineral de carbono muy abundante en México”

¿Cómo benefician los materiales grafénicos a la industria papelera?

Cuando se habla del grafeno los principales puntos de referencia son su resistencia, impermeabilidad, flexibilidad, conductividad, ligereza, biocompatibilidad, etc., todo en un solo material. Ante esto es importante comprender que el comportamiento de los materiales grafénicos dependerá entre otras cosas, del tipo de grafeno, funcionalización y concentración, pero también de los procesos involucrados en cada industria y de la naturaleza de los materiales con los que se combinará para transferir sus propiedades y, por lo tanto, no hay una fórmula exacta para cada objetivo de uso, por ejemplo:

Resistencia mecánica- En el caso de las películas de celulosa la presencia de tan solo 0.5% de GO puede mejorar significativamente la resistencia a la tracción, el alargamiento a la rotura y la energía de fractura en un 78%, 172% y 397%, respectivamente; útil para su aplicación en películas bioplásticas de alto desempeño2.

Protección antimicrobiana- Entre los beneficios de interés para la industria papelera están su biocompatibilidad, sus propiedades de barrera física y su actividad antimicrobiana. P. ej., un estudio que preparò un recubrimiento para papel con 0.05% de GO redujo en un 73% y 53% la tasa de crecimiento de bacterias como E. coli y S. aureus, respectivamente3,4. Esto gracias a que el GO ayuda a limitar la adhesión, replicación y penetración microbiana.

Protección contra la radiación UV- De acuerdo con otro reporte, el uso de 2% de GO en películas de celulosa bloquea la radiación UVA y UBV en un 66,7% y 54,2% respectivamente, sin afectar la transmisión de la luz visible, propiedad interesante para el diseño de materiales de protección y embalaje.5

Propiedades de barrera- Los materiales grafénicos presentan nano- canales entre sus láminas que representan un camino tortuoso para el paso de moléculas de gran tamaño y, por lo tanto, es ampliamente investigado tanto por su gran impermeabilidad contra líquidos y gases, pero también por sus potenciales beneficios para la descontaminación, purificación e incluso desalinización de agua de mar. Investigaciones realizadas sobre membranas de acetato de celulosa (CA) para desalinización describieron que, el uso de 1% de GO mejora la morfología, hidrofilia, porosidad, rugosidad, resistencia mecánica, estabilidad térmica y, por ende, su eficiencia de funcionamiento, así como ha ocurrido con otro tipo de membranas como las de polisulfona, en las que una concentración de 0.2% de GO puede ser suficiente para mejorar hasta en un 72% su desempeño, en términos de flujo de agua y rechazo de sal en pruebas con sulfato de sodio6,7. Lo anterior no solo se ve reflejado en la eficiencia de filtración y/o desalinización, sino también la optimización recursos de mantenimiento y consumo energético de dichos sistemas.

Energeia- Graphenemex®, la empresa líder en Latinoamérica en el diseño y desarrollo de aplicaciones con materiales grafénicos, trabaja continuamente para resolver los obstáculos que el grafeno enfrenta para llegar al mercado y, mediante alianzas estratégicas con otras industrias busca lograr que esta tecnología se convierta en la solución de distintas problemáticas.

Referencias

  1. Trache, D., Thakur, V. K., & Boukherroub, R. 2020., Cellulose nanocrystals/graphene hybrids—a promising new class of materials for advanced applications. Nanomaterials, 10(8), 1523.
  2. M. Akhtari, M. Dehghani-Firouzabadi, M. Aliabadi, M. Arefkhani. Effect of graphene oxide nanoparticle coatings on the strength of packaging paper and its barrier and antibacterial properties. 2019., Bois et Forêts des Tropiques. 342, 69.
  3. W. Hu, Ch. Peng, W. Luo, M. Lv, X. Li, D. Li, Q. Huang, and Ch. Fan. Graphene-Based Antibacterial Paper. 2010. ACS Nano, 4, 7, 4317–4323
  4. X. Liu, T. Zhang, K. Pang, Y. Duan and J. Zhang. Graphene oxide/cellulose composite films with enhanced UV-shielding and mechanical properties prepared in NaOH/urea aqueous solution. 2016., RSC Adv., 6, 73358
  5. Zhang, X. F., Song, L., Wang, Z., Wang, Y., Wan, L., & Yao, J. 2020., Highly transparent graphene oxide/cellulose composite film bearing ultraviolet shielding property. International journal of biological macromolecules, 145, 663.
  6. S. M. Ghaseminezhad, M. Barikani, M. Salehirad.  Development of graphene oxide-cellulose acetate nanocomposite reverse osmosis membrane for seawater desalination. Composites Part B: Engineering. 2019., 161, 15, 320.
  7. B.M. Ganesh, Arun M. Isloor, A.F.Ismail., Enhanced hydrophilicity and salt rejection study of graphene oxide-polysulfone mixed matrix membrane. 2013., Desalination., 313, 199.

La revolución del grafeno en la industria automotriz: innovación en cuidado y protección de vehículos

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La revolución del grafeno en la industria automotriz:

innovación en cuidado y protección de vehículos

Así como la exposición continua a la radiación solar es nociva para nuestra piel, también afecta la apariencia de los autos, en particular causa daños en la pintura, molduras, gomas y otras autopartes. De hecho, el sol, la lluvia ácida y los cambios de temperatura son tres de sus principales enemigos, por esa razón existen en el mercado innumerables opciones de productos para su cuidado.

El Grafeno es la forma más interesante en la que el Carbono puede presentarse y, consiste en láminas de átomos de carbono extraídas principalmente del Grafito o bien, de algunos gases. La gran relevancia científíca y tecnológica de este material se debe a la particular organización de sus átomos, que le confiere sorprendentes y numerosas propiedades que han captado la atención de una gran cantidad de industrias, entre ellas la automotríz.

Los potenciales usos que se le atribuyen al Grafeno para esta industria está la fabricación de recubrimientos para chasis y carrocerías,  plásticos para autopartes ya sea para mejorar su calidad o para sustituir total o parcialmente piezas metálicas, neumáticos, textiles, grasas, lubricantes y productos para el cuidado automotríz.

La empresa mexicana Energeia- Graphenemex® dedicada a la investigación y producción de materiales grafénicos así como al desarrollo de aplicaciones, en 2018 bajo la marca Nanocar® colocó en el mercado la primera línea de productos con Grafeno para el cuidado automotríz.

Beneficios:

Los productos Nanocar® forman una película protectora y de nano- relleno de defectos que permite que las láminas atómicas de Grafeno se adhieran a las superficies de la carrocería protegiendo contra el polvo y la humedad, retrasando los efectos de la corrosión, así como también actuando como barrera contra la radiacion UV y como discipador de temperatura para limitar el deterioro a largo plazo de la pintura. Además, el uso continuo de los productos Nanocar® facilita las limpiezas posteriores, sin dejar huella de secado, incluso cuando el lavado se realiza aún con la superficie caliente.

Relación de las propiedades del Grafeno y sus efectos en los productos Nanocar®

Redacción: EF/DHS

El auge del grafeno: avances y desarrollos en la última década

Publicado el | por Energeia Graphenemex

El auge del grafeno:

avances y desarrollos en la última década

El Grafeno es el nanomaterial más revolucionario del siglo XXI y es considerado como el pilar básico para la nanoquímica del carbono, es decir, del elemento principal de todos los compuestos orgánicos.

Su versatilidad deriva de su estructura en forma de láminas bidimensionales (2D), compuestas por átomos de carbono enlazados de manera hexagonal y su importancia radica en las extraordinarias propiedades que se le atribuyen y que se han concebido como la solución de innumerables necesidades sociales, ambientales, científicas, tecnológicas y por supuesto, económicas.

Lámina de Grafeno. Microscopía electrónica de Transimisión de Alta Resolución.
Acervo Energeia – Graphenemex

El Grafeno permite modificar la materia para diseñar compuestos con características nuevas o mejoradas, ya que trasfiere sus propiedades a los materiales a los que se incorpora. Esto ha permito que se utilice en el desarrollo de aplicaciones que buscan potencializar dichas propiedades como se muestra en la imagen siguiente.

Evolución- El Grafeno fue aislado por primera vez en 2004 por los investigadores rusos Andre Geim y Konstantin Novoselov de la Universidad de Manchester; posteriormente y gracias a sus experimentos, en 2010 fueron distinguidos con el premio Nobel de Física, al ser considerado como uno de los descubrimientos más importantes del siglo.

Tan importante fue el hallazgo que, en 2013 la Unión Europea (UE) otorgó un presupuesto de mil millones de euros para crear el Graphene Flagship, un ambicioso proyecto con vigencia de diez años con el objetivo de vincular a la academia con la industria, no solo para comprender sus propiedades de manera teórica, sino para explotar al máximo sus beneficios en aplicaciones o productos reales.

A partir de ese momento fue tan rápido el avance de las investigaciones y cada vez más altas las expectativas que, en 2017 surgió la primera edición de la norma ISO/TS 80004-13:2017 (Ratificada por la Asociación Española de Normalización en octubre de 2020) para la normalización y estandarización de la Nanotecnología en nuevos materiales, incluido el Grafeno.

En el mismo 2020, un grupo de 70 investigadores miembros del Graphene Flagship, publicó el primer manual con más de 500 páginas sobre inumerables tipos de  Grafeno.  Para 2021 dentro del organismo se registraron alrededor de 50 “spin- offs” y “startups” con distintas visiones, logrando que en 2022 la posibilidad de tener un mayor número de aplicaciones con Grafeno o materiales grafénicos a costos más asequibles sea una realidad.

En 2021 nuevamente la UE a través del Instituto Federal de Investigación y Ensayo de Materiales (BAM) con el nuevo proyecto ISO-G-SCoPe, se puso como objetivo normalizar los métodos para trasladar el Grafeno a la industria, esto como resultado de la inexistencia de estándares de producción y de calidad, a la vez que, mediante el Proyecto Versalles sobre Materiales Avanzados y Normas, bajo la dirección de BAM busca validar los procesos en una prueba mundial para convertirlos en normas.

Energeia Graphenemex® es la empresa mexicana pionera en América Latina enfocada en la investigación y producción de materiales grafénicos para el desarrollo de aplicaciones a nivel industrial. Entre sus fortalezas está la creación de métodos y procesos patentados para la producción replicable y a gran escala que asegura la disponibilidad de los materiales grafénicos adecuados en conformidad con los requerimientos de las aplicaciones que desarrolla, ya sea para productos propios o, como aliado estratégico de otras compañías interesadas en innovar y mejorar sus productos con estos materiales.