Novel bacterial cellulose materials
La producció mundial de plàstics s'ha incrementat significativament durant l'ultima dècada i el seu impacte mediambiental requereix d'esforços per millorar i establir noves rutes de gestió de residus, reutilitzar productes i crear materials biodegradables alternatius. La cel·lulosa em...
| Autor: | |
|---|---|
| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Fecha de publicación: | 2021 |
| País: | España |
| Institución: | Universitat Autònoma de Barcelona |
| Repositorio: | Dipòsit Digital de Documents de la UAB |
| Idioma: | inglés |
| OAI Identifier: | oai:ddd.uab.cat:257754 |
| Acceso en línea: | https://ddd.uab.cat/record/257754 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | Cel·lulosa bacteriana Celulosa bacteriana Bacterial cellulose Nanocompostos Nanocompuestos Nanocomposites Nanopartícules Nanopartículas Nanoparticles Ciències Experimentals |
| Sumario: | La producció mundial de plàstics s'ha incrementat significativament durant l'ultima dècada i el seu impacte mediambiental requereix d'esforços per millorar i establir noves rutes de gestió de residus, reutilitzar productes i crear materials biodegradables alternatius. La cel·lulosa emergeix com a bon candidat per substituir alguns del productes basats en petroli ja que és el biopolímer natural més abundant en la biosfera i, mes específicament, les nanocel·luloses, ja que uneixen les característiques de la cel·lulosa amb les propietats del nanomaterials. Les nanocel·luloses s'obtenen principalment de la digestió de fusta; però, la creixent demanda de cel·lulosa ha generat la recerca de fonts alternatives. Entre les possible opcions, es poden trobar a la natura diversos microorganismes productors d'aquest biopolímer. Aquest és el cas d'algunes soques bacterianes, les quals excreten nanofibres de cel·lulosa creant una pel·lícula de tres dimensions d'hidrogel porós amb una xarxa reticulada coneguda con cel·lulosa bacteriana. Les propietats de la cel·lulosa bacteriana juntament amb la seva versatilitat per a ser modificada tant física cm químicament, obre un gra ventall de possibilitat per a aquest materials i els seus compostos. A causa de les excel·lents propietats i les il·limitades oportunitats de disseny de la cel·lulosa bacteriana, actualment s'estan explorant noves aplicacions del material i la seva industrialització. Aquesta tesi té com a objectiu proporcionar noves estructures i funcionalitats a la cel·lulosa bacteriana aprofitant la seva fàcil modificació i establir les bases de nous materials avançats basats en biorecursos. Per a això, es van emprar diverses estratègies. En primer lloc, es va produir i va analitzar pel·lícules, nanofibres i estructures 3D com poden ser esferes, de cel·lulosa bacteriana en condicions estàtiques i d'agitació. Interessantment, les propietats mecàniques de les pel·lícules es van millorar mitjançant una simple estratègia de autoadhesió, creant multilaminats i materials híbrids. El mecanisme d'adhesió es va estudiar a nivell molecular i macroscòpic, apreciant la prominent influència de la formació d'enllaços d'hidrogen. A més, es va adaptar el procediment de cultiu estàtic sobre superfícies hidròfobes, podent així controlar i modular fàcilment l amida i la morfologia de les esferes, creant estructures buides que no s'aconsegueixen amb cultius d'agitació. En segon lloc, es va examinar l'estructuració de les pel·lícules a través de dos enfocaments que emprenen segells de polidimetilsiloxà i es va estudiar la fidelitat de la replicació dels motius al aplicar diferents condicions d'assecat. D'una banda, la bio-litografia, que es produeix in-situ durant la biosíntesi de cel·lulosa bacteriana, permet la replicació en grans superfícies amb pilars rectes i independents de 200 a 10 µm i amb ordenament de les nanofibres. D'altra banda, la litografía d'impressió tova, que es produeix ex-situ, (i.e., després de la biosíntesi), permet la transferència de motius submicromètrics i la functionalització selectiva amb patrons, no assequible amb la bio-litografia, encara que a costa de una gran pèrdua de profunditat dels motius. La tercera línia d'investigació va explorar la functionalització d eles estructures produïdes anteriorment amb nanopartícules inorgàniques (or, plata, titania i òxid de ferro) a través de diferent estratègies (l'addició de nanopartícules in-situ durant la biosíntesi o la formació de nanopartícules ex-situ per reacció assistida per microones), creant Construcciones multilaminars o esferes Janus amb funció múltiple i localitzada sota demanda, ínfim despreniment de nanopartícules i amb carrega controlada de les mateixes. Finalment, es present l'aplicabilitat de les nanofibres de cel·lulosa bacteriana com a reforç d'un polímer sintètic, com és l'àcid poliacrílic, per l'enginyeria de teixits. El hidrogel sintetitzat va demostrar posseir propietats mecàniques millorades i major estabilitat dimensional davant els canvis de pH. |
|---|