Eco-diseño de biomateriales avanzados

Los biopolímeros desarrollados por el grupo POLYBIO se utilizan para la producción sostenible de biomateriales avanzados basados en bioplásticos, cuyas propiedades pueden ser ajustadas a medida según los requisitos específicos de cada aplicación. Estos biomateriales se diseñan siguiendo criterios ecológicos, teniendo en cuenta tanto su funcionalidad como las posibles estrategias para su gestión al final de la vida útil.  Según su composición, se clasifican principalmente en tres tipos:

1) Biomateriales basados en PHA: Las propiedades hidrofóbicas de los poliésteres bacterianos (PHA), junto con su facilidad de termoformado, los convierten en una alternativa biobasada ideal para sustituir plásticos de origen petroquímico. En el grupo POLYBIO producimos materiales basados en PHAs de diferente naturaleza: poliésteres de diferente longitud de cadena lateral y PHAs antimicrobianos (PHACOS). Para su procesamiento utilizamos diversas estrategias como solvent casting, extrusión o impresión 3D, lo que permite su aplicación en sectores como el embalaje, la agricultura y otros campos. Además, desarrollamos nano- y micropartículas, así como cápsulas, orientadas a la liberación controlada de fármacos pulmonares o agentes antimicrobianos vivos. También exploramos el uso de proteínas de unión a gránulo de PHA (fasinas) como interfases estabilizantes en medios acuosos y para la inmovilización de distintos componentes sobre la superficie de los poliésteres. Por último, investigamos la fabricación de materiales con biodegradación programada para garantizar su descomposición controlada una vez liberados al medioambiente accidentalmente o de manera intencionada debido a su aplicación (por ejemplo, en agricultura).

2) Biomateriales basados en BC: La estructura reticular de la BC, caracterizada por poros homogéneos de 7-9 μm, permite su uso como matriz para albergar compuestos activos con diferentes finalidades. Entre sus aplicaciones destacan la liberación controlada de fármacos, mediante su carga con enzibióticos u otros agentes antimicrobianos, así como su uso en apósitos con propiedades antiinflamatorias, en la fabricación de cuero sintético y en otros sectores emergentes.

3) La combinación de PHA y BC presenta ciertos desafíos, principalmente debido a su diferente comportamiento frente al agua, lo que dificulta la formulación de materiales compuestos estables. En el grupo POLYBIO trabajamos en el desarrollo de materiales que aprovechen las ventajas de ambos polímeros: la resistencia mecánica y la estructura reticular de la BC, junto con las propiedades barrera de los PHA. De este modo, hemos fabricado hidrogeles, aerogeles y films con destacadas propiedades barrera frente a gases, además de actividad antimicrobiana, lo que los hace adecuados para aplicaciones en embalaje, biomedicina y envases funcionales. Asimismo, hemos desarrollado partículas capaces de albergar microorganismos viables durante periodos prolongados.

Publicaciones relevantes:

Hernández‐Arriaga, A. M., Campano, C., Rivero‐Buceta, V., & Prieto, M. A. (2022). When microbial biotechnology meets material engineering. Microbial Biotechnology, 15(1), 149-163.

Blanco, F. G., Vázquez, R., Hernández-Arriaga, A. M., García, P., & Prieto, M. A. (2023). Enzybiotic-mediated antimicrobial functionalization of polyhydroxyalkanoates. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, 11, 1220336.

Campano, C., Rivero-Buceta, V., Fabra, M. J., & Prieto, M. A. (2022). Gaining control of bacterial cellulose colonization by polyhydroxyalkanoate-producing microorganisms to develop bioplasticized ultrathin films. International Journal of Biological Macromolecules, 223, 1495-1505.