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Ingeniería de materiales

El poder del cobre

Las nanopartículas de este mineral pueden utilizarse en la fabricación de telas con propiedades biocidas y en un producto contra las plagas agrícolas

Material en polvo, elaborado con nanopartículas de cobre, por la empresa Cecil y el IPT

Léo Ramos Chaves

El cobre, un mineral con probado efecto antimicrobiano, ha revelado poseer un buen potencial como aditivo en la fabricación de productos tecnológicamente más elaborados y con mayor valor de mercado. Estudios realizados por startups y universidades han demostrado que cuando se lo presenta bajo la forma de nanopartículas, este material puede incorporarse en telas, pinturas y plásticos, confiriéndoles protección contra virus y bacterias. El mineral también cuenta con potencial para empleárselo como ingrediente en la alimentación de aves y cerdos, sustituyendo antibióticos, y para combatir plagas agrícolas, emulando la función de los pesticidas convencionales.

Uno de los trabajos más avanzados es el que lideran el grupo Cecil, del sector del laminado de metales, y el Instituto de Investigaciones Tecnológicas del Estado de São Paulo (IPT). Al final de 2020, ambos socios presentaron una solicitud de patente de un proceso productivo para la obtención de nanopartículas de cobre con una tecnología brasileña. Fue el resultado de un trabajo iniciado en 2018, que cobró trascendencia a partir de la pandemia de covid-19. Los materiales que llevan cobre como aditivo pueden ayudar a contener la contaminación provocada por el Sars-CoV-2. Al entrar en contacto con el microorganismo, el mineral rompe su membrana externa y provoca su destrucción. De este modo, un picaporte o un pasamanos recubiertos con una pintura conteniendo este aditivo impedirían la supervivencia del virus, minimizando su propagación a través de las manos de las personas.

Para conquistar el mercado, el grupo Cecil creó la spin-off Abluo, una empresa destinada específicamente a diseñar y desarrollar soluciones tecnológicas que utilicen este nuevo material. La idea es que estas nuevas soluciones tecnológicas puedan crearse a partir de la demanda de los clientes de la startup y en colaboración con ellos. “Con Abluo, empezamos a invertir no solo en productos del tipo commodity, sino también en materiales de alto valor, como las telas con aditivos”, resalta el ingeniero de producción Clayton Lambert, gerente de Innovación y Tecnología de Cecil.

Las nanopartículas de cobre, en estado líquido o en polvo, pueden utilizarse en el sector hospitalario, en la construcción civil, en la industria automovilística y en el sector textil, entre otros. Se obtienen a partir de una reacción química de óxido-reducción (rédox) del sulfato de cobre, con encapsulamiento del elemento activo, es decir, la protección del nanocobre con un revestimiento. El proceso de nanoencapsulamiento, según explica la bióloga Patrícia Léo, gerente técnica del Laboratorio de Biotecnología Industrial del IPT, fue la forma que se halló para lidiar con la inestabilidad del cobre, uno de los mayores retos al trabajar con este metal. “Las nanopartículas que resultan de la reacción son inestables y tienden a aglomerarse. Para proporcionarles estabilidad, creamos revestimientos a base de polímeros y surfactantes”, explica la investigadora.

Para elevar la escala de producción, Cecil y el IPT están perfeccionando el proceso de fabricación. Léo explica que, en principio, se recurrió al proceso de producción por lotes. “En este tipo de proceso, se colocan los reactivos de manera ordenada en un tanque reactor como si fueran los ingredientes de una sopa”, compara. “La cantidad producida en cada lote está limitada por el tamaño del tanque”. Esta restricción puede subsanarse mediante el empleo de reactores microfluídicos, un proceso en desarrollo en el IPT. “El funcionamiento de los microrreactores es de flujo continuo, sin interrupciones”, explica la investigadora. Este nuevo proceso asegura una mayor precisión y homogeneidad de tamaño de las nanopartículas, pudiendo aumentar su potencial biocida.

La asociación se formalizó hace tres años, cuando Cecil decidió crear un producto para aprovechar la naturaleza biocida del cobre y financió a dos estudiantes de posgrado del programa de maestría profesional del IPT: Pedro Paulo Noronha Silva de Jesus y Rúbia Rodrigues Conti. Esos estudios dieron como resultado el patentamiento de la tecnología y la contratación de ambos investigadores. Noronha Silva trabaja en Abluo y Rodrigues Conti en el IPT.

Léo Ramos Chaves Etapas de la síntesis de la fabricación del nanocobre en el IPT: solución de sulfato de cobre pentahidratado, agente de recubrimiento, agente reductor y solución líquida de nanopartículas de cobre (de izq. a der.)Léo Ramos Chaves

La evolución del conocimiento sobre el nuevo coronavirus, que ha demostrado un mayor riesgo de contagio por vía aérea que por el contacto con superficies contaminadas, no significaría una disminución del potencial de aplicaciones del nuevo producto, dicen los investigadores. “Toda forma de prevención es importante. Las nanopartículas de cobre pueden utilizarse en los conductos y filtros de los acondicionadores de aire”, sostiene Léo.

El químico Elson Longo, docente de la Universidad Federal de São Carlos (UFSCar) y director del Centro de Desarrollo de Materiales Funcionales (CDMF), uno de los Centros de Investigación, Innovación y Difusión (Cepid) patrocinados por la FAPESP, opina en la misma sintonía. “Es un campo que va a crecer de manera exponencial. La vacuna garantiza cierta inmunidad, pero sigue siendo importante el uso de mascarillas, la higiene de manos, proteger los lugares con gran circulación de personas, tales como los asientos de los autobuses, los pomos de las puertas, los molinetes, etc. En el futuro, la protección seguirá siendo fundamental”.

El CDMF tiene a Nanox entre sus spin-off, una startup especializada en la producción de nanopartículas de plata. El antimicrobiano nanoparticulado, creado a partir del Programa de Investigación Innovadora en Pequeñas Empresas (Pipe), de la FAPESP (lea en Pesquisa FAPESP, edición nº 288), ya se está aplicando a diversos materiales, tales como papel, plástico y fibras textiles. Las nanopartículas de cobre, según Longo, aportarán nuevas opciones a este mercado.

Un sustituto verde
La startup Brazilian Nano Feed (BNF), de la localidad de Santo André (São Paulo), también trabaja con nanopartículas de cobre. En un proyecto financiado por la FAPESP, la empresa está realizando la síntesis de las nanopartículas de cobre y plata para utilizarlas como aditivo en la alimentación de cerdos y aves. El objetivo es reemplazar a los antibióticos que se emplean para reducir las bacterias patógenas del tracto intestinal de los animales y facilitar la absorción de nutrientes.

“El uso indiscriminado de antibióticos acaba generando resistencia”, argumenta el veterinario Joaquim Gonçalves, gerente comercial de BNF. La empresa ha formulado un producto para incorporarlo a diferentes tipos de piensos. Camila Neves Lange, socia fundadora de la startup, hace hincapié en las ventajas del uso conjunto de cobre y plata en un mismo aditivo. “El cobre es más difícil de trabajar, pero es más barato y es un nutriente que ya se utiliza bastante, mientras que la plata es más eficiente como bactericida”, dice. El paso siguiente será la realización de ensayos de campo con productores ganaderos para comparar la eficacia de los antibióticos con nanopartículas de cobre y plata.

Otra investigación que se está llevando a cabo en la Universidad Federal del ABC (UFABC) tiene por finalidad el estudio de las nanopartículas de cobre en la agricultura, como sustituto de los pesticidas convencionales. “Estamos utilizando este material para combatir los patógenos de las plantas y en la biofortificación. El cobre es un elemento importante para el crecimiento vegetal”, subraya la química Amedea Barozzi Seabra, que cuenta con el apoyo de la FAPESP.

La investigadora también trabaja con nanopartículas de plata en un proyecto que pretende eliminar los hongos poscosecha. En este trabajo, en colaboración con el Instituto Agronómico de Campinas, Seabra incorporó a las nanopartículas un revestimiento de quitosano, un polímero natural y biodegradable, modificado para la liberación de óxido nítrico. “Este elemento también tiene acción bactericida. En conjunto con las nanopartículas de plata, nos permite utilizar menos cantidad del metal”, especifica la investigadora, quien ya ha solicitado la patente de la tecnología.

Proyectos
1. Síntesis de complejos nanoestructurados de cobre y plata para la sustitución de los antibióticos promotores del crecimiento en la producción de cerdos y aves (nº 20/00766-7); Modalidad Investigación Innovadora en Pequeñas Empresas (Pipe); Investigadora responsable Camila Neves Lange (Brazilian Nano Feed) Inversión R$ 184.923
2. Aceite esencial con el agregado de nanopartículas metálicas activadas con óxido nítrico como estrategia para el control de patógenos vegetales en la agricultura (nº 18/08194-2); Modalidad Ayuda de Investigación – Regular; Investigadora responsable Amedea Barozzi Seabra (UFABC); Inversión R$ 219.784,78

Artículo científico
KOHATSU, M. Y. et al. Foliar spraying of biogenic CuO nanoparticles protects the defence system and photosynthetic pigments of lettuce (Lactuca sativa). Journal of Cleaner Production. v. 324. 15 nov. 2021.

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