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 ?
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.
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.
Este enfoque se basa en la sustitución de procesos industriales agresivos por alternativas biológicas, como la 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.
Esta transición hacia lo "verde" no se limita solo a los ingredientes, sino también al entorno donde ocurren las reacciones. Uso de solventes verdes, que 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). Incluso también se puede aplicar con la 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.
Para dar estructura y forma a estas partículas, la ciencia moderna emplea técnicas de precisión que emulan procesos naturales mediante el electrohilado y electropulverización, mediante la aplicación de un campo eléctrico para formar nanofibras muy finas a partir de soluciones naturales como son el chitosan o celulosa o también mediante 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. Todo esto culmina en procesos como el sol-gel ecológicos, consistiendo 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
¿Y...para qué sirve todo esto que te hemos contado?
Bueno pues, ahora que ya sabemos que métodos se utilizan para su obtención, te contaremos acerca de los más usados y la explicación de por qué son tan usados, ya que cada uno de ellos tienen unas características muy diferentes pero muy importantes. Los nanocristales de celulosa, por ejemplo, son 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.
En el ámbito de la salud, las nanopartículas de chitosan, este 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.
Por otro lado, los óxidos metálicos verdes, han revolucionado la protección en exteriores, estos 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. Esto da lugar a prendas que requieren muchos menos lavados y materiales de desinfección que mantienen la higiene de manera constante sin necesidad de químicos agresivos.
Finalmente, encontramos los nanotubos de carbono y grafeno, que 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. De forma complementaria, las 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. Al ser seguras para el contacto humano y totalmente biodegradables, sirven para vendajes para la regeneración de la piel y para sistemas que liberan medicamentos.
Lo mejor es que no acaba aquí la cosa...
Una vez ya conocidos previamente los nanomateriales más importantes, podemos comentar acerca de sus aplicaciones. En primer lugar, dentro de las aplicaciones ambientales, uno de los ámbitos más relevantes es la filtración de aire. En este contexto, 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. De este modo, esto permite fabricar mascarillas y filtros textiles de calidad, y lo más importante, de origen renovable y siendo biodegradables. También debemos de hablar acerca de la 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. Como resultado de esto, pueden actuar como membranas altamente selectivas para la potabilización o purificación de agua. Además, en el ámbito de la 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.
Como detalle importante, si hablamos de almacenamiento de energía, los supercapacitores textiles basados en polímeros conductores como la polianilina permiten almacenar energía en forma de electricidad. Se trata de tejidos flexibles que mantienen su funcionalidad incluso al doblarse o lavarse. Por ello, su uso sería muy útil para cargar sensores sin necesidad de usar baterías tradicionales. Finalmente, dentro de las aplicaciones ambientales, destaca la construcción sostenible. En este sentido, 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.
Todo esto que hemos comentado es acerca de las aplicaciones ambientales más importantes, sin embargo, también podemos encontrar numerosas aplicaciones relacionado con la medicina.
En este ámbito, destacan los vendajes inteligentes, ya que 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. También debemos mencionar la liberación controlada de medicamentos, otra aplicación relevante, puesto que 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. A su vez, en relación con la 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.
Por otro lado, en cuanto a la protección UV, los 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. Y finalmente, como última aplicación a mencionar, tenemos que hablar de los sensores biomédicos, ya que 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
Y ahora te preguntarás... ¿Qué podemos sacar de todo esto?
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 presentan varios desafíos. 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 y también muchas nanopartículas se degradan por la temperatura o con el uso. Y... por si fuese poco, muchas personas desconfían del uso de materiales inteligentes en algo tan común y cotidiano como es la ropa que usamos.
Resumidamente, 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-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
[5] Artículo: https://reviberpol.org/2019/03/01/obtencion-de-nanomateriales-a-base-de-quitosano-nanotubos-de-carbono-de-pared-multiple/
Kevin Ariel Morán Álava
Rubén Méndez Alba
4º Curso del Grado de Química (UCO)
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