Textiles Inteligentes con Nanomateriales Verdes
¿Nunca os habéis preguntado porque hay ropa que dependiendo del material del que esté hecha, ''interacciona'' con nosotros de manera distinta dependiendo de la actividad o las condiciones de nuestro alrededor ?, pues la respuesta es muy sencilla, textiles inteligentes, tela que se adapta según el alrededor. Primero de todo, vamos a conocer un poco que son los textiles inteligentes; son una innovación científica muy importante con la cuál, interactuamos diariamente, ya que se encuentran primordialmente en la ropa que usamos o en materiales muy cotidianos, gracias a su capacidad de reaccionar o adaptarse al entorno, ya que no son simples telas, son herramientas tecnológicas capaces de mejorar nuestra calidad de vida, seguridad y salud.
Hay una gran variedad de ejemplos, como el caso de medir tu temperatura o tu pulso, cambiar de color según el clima, calentarse si hace frío, avisar si hay un problema de salud o incluso generar energía con tus movimientos.
Además, si le sumamos la utilización de nanomateriales verdes, esto se vuelve más sostenible, segura y cuidadosa con el medio ambiente, proporcionando una gran ventaja, ya que combinan alto rendimiento con seguridad ambiental y biocompatibilidad.
Figura 1. Imagen de tela inteligente
Métodos sostenibles de fabricación de nanomateriales
Los nanomateriales se fabrican usando métodos naturales, suaves y respetuosos con el medio ambiente, cuyo objetivo es crear nanopartículas útiles sin dañar la salud ni el entorno.
Los métodos más utilizados serían los siguientes:
- Biosíntesis con plantas, bacterias u hongos:
Este es uno de los más ecológicos de esta lista, utilizando extractos de plantas como el té verde o la aloe vera, o microorganismos como bacterias y hongos.
Estas plantas o microbios tienen unas sustancias naturales que transforman compuestos metálicos en nanopartículas, sin la necesidad de químicos tóxicos.
- Uso de solventes verdes:
En vez de usar solventes que puedan ser contaminantes, se utilizan líquidos naturales con mayor seguridad, como son el agua, alcohol, líquidos iónicos (sal líquida, estable y no tóxica) o fluidos supercríticos (gases comprimidos con propiedades especiales).
- Energía solar:
Con el uso de la propia luz solar, activándose reacciones que permiten la formación de estas, sin la necesidad del uso de electricidad o calor.
- Electro hilado y electro pulverización:
Mediante la aplicación de un campo eléctrico para formar nanofibras muy finas a partir de soluciones naturales como son el chitosan o celulosa.
- Síntesis dirigida con plantillas (template-assisted):
Con la utilización de materiales naturales como membranas porosas o polímeros biodegradables como “molde” para dar forma a las nanopartículas.
- Procesos sol-gel ecológicos:
Consiste en la formación de un gel a partir de una mezcla líquida (sol), usando biopolímeros, compuestos orgánicos naturales o solventes verdes.
Figura 2. Esquema de Procesos de creación de nanomateriales
Nanomateriales verdes más usados
Ahora que ya sabemos que métodos se utilizan para su obtención, pasaremos a los más usados y la explicación de por qué son usados, ya que cada uno de ellos tienen unas características muy diferentes pero muy importantes.
- Nanocristales de celulosa:
Partículas provenientes de la celulosa, material natural presente en plantas, madera, algodón o incluso bacterias.
Se utilizan debido a sus resistencias a pesar de ser ligeros, son biodegradables, mejoran la fuerza y elasticidad de los tejidos y pueden servir para sensores, recubrimientos protectores y liberación de medicamentos.
Su motivo de utilización en la ropa es debido a que es esencial para ropa más resistente, como la de uso militar o para deportes. Sus tejidos cambian en función de la temperatura o humedad.
- Nanopartículas de chitosano:
El chitosano es un material proveniente del caparazón de los camarones, cangrejos o de hongos, muy usado en la medicina.
Se utilizan debido a su potente acción antibacteriana, al ser biocompatible no dañan la piel y pueden transportar medicamentos u olor dentro del tejido.
Gracias a estas características, se usan como vendajes que evitan infecciones, para ropa médica o deportiva para evitar el mal olor y tejidos que liberan fármacos lentamente.
- Óxidos metálicos verdes:
Son nanopartículas de ZnO, CuO y TiO2, pero producidas por métodos sostenibles.
Se utilizan debido a que tienen una gran capacidad de protección solar, efector antibacteriano, autolimpieza del tejido y degradación de manchas u orgánicos.
En cuanto a sus aplicaciones en la ropa, se encuentran en ropa para exteriores con protección UV, en telas que no se necesitan lavar tan seguido y materiales de desinfección.
- Nanotubos de carbono y grafeno:
Se utilizan debido a su excelente conductividad eléctrica y térmica, a su alta resistencia mecánica y su gran flexibilidad.
Estos sirven para sensores de movimiento en ropa, textiles que generan energía con el movimiento y electrónica flexible integrada en teslas.
- Nanofibras de seda y fibroína:
Provenientes de la seda natural, convertidas mediante procesos verdes.
Se utilizan debido a que son biocompatibles, es decir, seguros para la piel, son biodegradables e ideales para aplicaciones médicas.
Estas sirven para vendajes para la regeneración de la piel y para sistemas que liberan medicamentos.
Aplicaciones Ambientales.
- Filtración de aire:
La nanocelulosa presenta una estructura porosa extremadamente fina, que facilita la retención de partículas contaminantes sin problema, sin dificultar el paso del aire a través de estos poros. Esto permite fabricar mascarillas y filtros textiles de calidad, y lo más importante, de origen renovable y siendo biodegradables.
- Purificación de agua:
Tejidos con óxidos de grafeno, o nanotubos de carbono pueden eliminar contaminantes presentes en el agua gracias a lo absorbentes que son, junto con su enorme área superficial. El resultado de esto es que pueden actuar como membranas altamente selectivas para la potabilización o purificación de agua.
- Generación de energía:
Textiles piezoeléctricos que incorporan nanomateriales capaces de convertir energía mecánica en energía eléctrica a partir del movimiento corporal, integrando en la propia ropa una fuente de energía renovable.
- Almacenamiento de energía:
Los supercapacitores textiles basados en polímeros conductores como la polianilina permiten almacenar energía en forma de electricidad. Son tejidos flexibles que mantienen su funcionalidad incluso al doblarse o lavarse. Su uso sería muy útil para cargar sensores sin necesidad de usar baterías tradicionales.
- Construcción sostenible:
La nanocelulosa también ha sido investigada a nivel de refuerzo en materiales de construcción textiles como paneles, membranas o incluso aislantes biodegradables. Esto se debe a su elevada resistencia mecánica, bajo peso, favorecer el aislamiento térmico y ser un material renovable.
Aplicaciones médicas.
- Vendajes inteligentes:
Los vendajes con nanopartículas de plata tienen propiedades antibacterianas que permiten prevenir infecciones y además facilitan la cicatrización, liberando iones de plata que destruyen a estos microorganismos.
- Liberación controlada de medicamentos:
Al integrar nanopartículas en la fibra textil, se pueden diseñar tejidos con la capacidad de liberar diferentes fármacos de forma mantenida a lo largo en el tiempo, como, por ejemplo, cambios de pH en una zona concreta. Este punto en concreto es muy importante para enfermedades crónicas o tratamientos de la piel.
- Regulación térmica:
Algunos nanomateriales como el cobre o el óxido de aluminio permiten crear tejidos textiles que retienen o disipan el calor dependiendo de las condiciones ambientales, consiguiendo así ropa más confortable y eficiente, caso muy útil especialmente para pacientes con problemas de regulación de la temperatura corporal.
- Protección UV:
Tejidos con Óxido de Zinc (ZnO) o Dióxido de Titanio (TiO2) proporcionan protección ultravioleta de una forma muy eficaz sin modificar significativamente la textura del tejido.
- Sensores biomédicos:
Los polímeros conductores y nanomateriales como el grafeno permiten fabricar tejidos capaces de modificar parámetros fisiológicos como la respiración o el ritmo cardíaco. Estos sensores integrados en la ropa son mucho menos invasivos que los dispositivos tradicionales y permiten un seguimiento continuo en tiempo real.
Video 1: Textiles inteligentes
Desafíos Actuales.
A pesar de todos los avances que se han hecho y ventajas que nos ofrecen este tipo de materiales, los textiles inteligentes con nanomateriales verdes aún tienen mucho que progresar, ya que:
-Los métodos actuales de producción a gran escala son costosos y complejos.
-Requieren de procesos especializados.
-Aún se necesita estudiar los efectos de las nanopartículas a largo plazo.
-Aún muchas nanopartículas se degradan por la temperatura o con el uso.
-Muchas personas desconfían del uso de materiales inteligentes en algo tan común y cotidiano como es la ropa que usamos.
Conclusión: Un futuro sostenible y tecnológico.
Los textiles inteligentes a partir del uso de nanomateriales verdes representan una mezcla de la búsqueda de la sostenibilidad del medio ambiente, de que sean funcionales y del bienestar humano. Si nos paramos a pensar, estos avances pueden hacer que algo tan importante para nosotros como es la ropa (considerado día a día como un elemento pasivo y meramente estético) para pasar a ser una herramienta más con un uso más futurista, cosa que cambiaría totalmente la forma de ver las cosas hoy en día. En resumen, estamos ante una revolución silenciosa que nos promete un futuro donde la ropa tomará más protagonismo que nunca.
Referencias
[1] Figura 1: https://www.institutotextilnacional.com/2019/06/26/tejidos-inteligentes-la- tecnologia-detras-de-las-prendas/
[2] Figura 2: https://www.mdpi.com/1996-1944/16/11/4075
[3] Vídeo 1: https://www.youtube.com/watch?v=5zdknxf1kRY
[4] Artículo Científico: Green Nanomaterials for Smart Textiles Dedicated to Environmental and Biomedical Applications
Kevin Ariel Morán Álava
Rubén Méndez Alba
4º Curso del Grado de Química (UCO)
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