Estructuras que se mantienen permanentemente en contacto con el agua, como los barcos y las plataformas marinas, están bajo el ataque constante del entorno marino, por lo que es necesario protegerlas de elementos como la sal y el daño biológico que produce la bioincrustación.
¿Qué es la bioincrustación? Es un proceso biológico que consiste en la colonización de organismos vivos que habitan los fondos marinos y se adhieren a los cascos de los buques, muelles, tubos petroleros, etc. Este proceso ha impactado en la biodiversidad marina, debido a que los microorganismos acumulados en la superficie de los buques viajan por los océanos, convirtiéndose en especies acuáticas invasoras.
Por otra parte, producen un gran impacto económico en los sectores que dependen del medio costero y marino, como el turismo, la acuicultura y la pesca, además de costosos daños a la infraestructura, ya que estos organismos afectan su estética, corroen el metal, lo debilitan y degradan. Sólo en el sector de la acuicultura, se estima que los costos derivados de la competencia biológica y daños infraestructurales oscilan entre los 1,500 y los 3,000 millones de dólares al año.
Proceso de bioincrustación en superficies
Esta problemática ha generado la necesidad universal de encontrar formas de combatir o minimizar la bioincrustación. Entre las propuestas, los sistemas antiincrustantes de primera generación involucraban metales biocidas pesados como plomo, cobre, arsénico o estaño. De este modo se podía matar a los organismos incrustantes y, en consecuencia, evitar su asentamiento en las estructuras. Desafortunadamente, estas soluciones provocan una contaminación de alto nivel, lo que derivó en su prohibición a nivel mundial.
Procurando disminuir el impacto ambiental negativo, se propone el uso de recubrimientos compuestos hechos a base de polímeros amigables con el medio ambiente; económicos, no tóxicos, biocompatibles y fáciles de procesar. Con este fin, nació el proyecto de Ciencia de Frontera del Conacyt titulado DAMA-Descubrimiento Acelerado de Materiales Antibioincrustantes, el cual unió esfuerzos de investigadores de diferentes centros y universidades del país, entre ellos el Centro de Física Aplicada y Tecnología Avanzada, CFATA-UNAM.
En CFATA-UNAM se ha trabajado en el desarrollo de recubrimientos híbridos nanoestructurados, brindando así la posibilidad de combinar las características de ambos grupos de materiales. Entre estos destacan los puntos cuánticos de carbono inmersos en un polímero.
Pero, ¿qué son los puntos cuánticos de carbono? Básicamente son esferas con un diámetro menor a 10 nm, lo que significa que son 10,000 veces más pequeños que el diámetro de un cabello. La factibilidad para usarlos radica en la abundancia del carbón y que los métodos para obtener estas estructuras son sencillos y relativamente baratos. En este caso, usamos el sargazo como fuente de carbón para producirlos mediante un proceso de síntesis verde, es decir, es amigable con el medio ambiente. De esta manera podemos aprovechar este contaminante orgánico, el cual ha representado un problema de diversas índoles en la zona costera de varios países del Atlántico Occidental tropical y subtropical.
Adicionalmente, los puntos cuánticos de carbono no son tóxicos. De hecho, algunas de sus aplicaciones más importantes están en la medicina, en la que se usan como marcadores biológicos o bien como portadores de fármacos.
Esquema de las propiedades brindadas por los puntos cuánticos de sargazo al polímero bioincrustante
Otra propiedad interesante de los puntos cuánticos de carbón es que se actúan como elementos bactericidas, lo que también ayuda a incrementar la eficiencia de nuestro recubrimiento. Proporcionan dureza, rigidez y flexibilidad al polímero en que se encuentran, lo que se traduce en un material resistente y durable.
Por otro lado, debido a que los puntos cuánticos de carbono presentan propiedades hidrófobas, es decir, que repelen el agua, su adición a matrices poliméricas proporciona recubrimientos con un mayor potencial de autolimpieza y ayuda a la prevención de adherencias inespecíficas.
En resumen, se demuestra que los recubrimientos híbridos nanoestructurados aportan una protección eficiente contra la bioincrustación sin agregar nuevos contaminantes ambientales. Además, las nanoestructuras, como los puntos cuánticos de carbono, ayudan a resolver algunos problemas de los polímeros antibioincrustantes, como la baja estabilidad mecánica y la durabilidad. Por otro lado, ofrecen actividad antibacterial e hidrofobicidad al recubrimiento, lo que aumenta la capacidad para evitar la incrustación de elementos orgánicos, inorgánicos y microorganismos a la superficie de la estructura a proteger.
La doctora Marren Alexis González Reyna es investigadora posdoctoral del Centro de Física Aplicada y Tecnología Avanzada de la Universidad Nacional Autónoma de México Campus Juriquilla
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