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Centro de Investigación en Química Aplicada

El “electrohilado” de fibras poliméricas en aplicaciones médicas

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El electrohilado de polímeros es un procedimiento con más de cien años de antigüedad; sin embargo, no fue sino hasta mediados de los años noventa del siglo pasado cuando empezó a cobrar sorprendente relevancia, gracias a su redescubrimiento por parte del grupo del Dr. Darrell H. Reneker, distinguido profesor en ciencias de polímeros de la Universidad de Akron en Estados Unidos. Mediante el electrohilado es posible fabricar fibras con diámetros desde micras (la millonésima parte de un metro, 1X10-6 m) hasta nanómetros (que equivale a una mil millonésima parte de un metro, 1X10-9 m).

Con estas dimensiones, los investigadores alrededor del mundo pronto se percataron del enorme potencial de estas nanofibras, debido a la relación que existe entre el área superficial y volumen de estos materiales, mil veces superior a la de un cabello humano.

Con estas propiedades, se han sugerido las nanofibras fabricadas por electrohilado como estructuras para mejorar las tecnologías existentes en la actualidad, así como para desarrollar aplicaciones novedosas en otras áreas, entre las que se incluyen la catálisis química, los procesos de filtración de gases y líquidos, la electrónica, ropa de protección, liberación controlada de medicamentos, soportes o andamios (scaffolds) para el crecimiento de células o tejidos, además de muchas aplicaciones que han venido surgiendo conforme se avanza en el conocimiento de este proceso de fabricación. Aunque existen otros métodos de preparar nanofibras, pocos (o si no es que ninguno) igualan al electrohilado que es muy versátil debido a la flexibilidad y facilidad que ofrece para producir las fibras.

A escala de laboratorio, un montaje típico de electrohilado requiere de una fuente de poder de alto voltaje (~30 kV) que proporciona la carga eléctrica (polo positivo) a una solución de un polímero contenida en una jeringa con aguja metálica conectada a la fuente de poder. En el otro extremo, se localiza un colector metálico (polo negativo) conectado a tierra (aluminio, cobre, etcétera), lugar en que se depositan las nanofibras.

El electrohilado se inicia cuando se aplica voltaje en la punta de la aguja donde se forma una gota (en forma de cono) de solución de polímero como consecuencia de su polarización electrostática. Cuando la fuerza del campo eléctrico es mayor que la tensión superficial, la solución de polímero es expulsada hacia el colector en forma de un hilo. En el trayecto hacia el colector, el solvente se evapora para dar lugar a la formación de una nanofibra que se deposita en el colector, formándose una membrana no tejida (ver esquema).

Una de las principales aplicaciones de esta tecnología se ha orientado hacia la fabricación de biomateriales para uso en medicina.

Debido a la cantidad de polímeros que es posible electrohilar con diferentes arquitecturas, en los últimos años se han realizado investigaciones para utilizar nanofibras en medicina regenerativa (nervios, tejido conectivo, tendones, inserción de tendodes con hueso, etcétera). También se ha empleado en la liberación controlada de medicamentos que permitan disminuir dosis y aumentar eficacia del compuesto activo, así como en la liberación de compuestos bioactivos como hormonas, proteínas, enzimas, compuestos con propiedades de resistencia a la insulina y otros más.

Se realiza investigación, asimismo, con el propósito de usar estas membranas poliméricas como andamios o soportes para el crecimiento de células y tejidos. La incorporación de antibióticos o ciertas nanopartículas metálicas de plata, cobre o zinc ha permitido la preparación de membranas electrohiladas con propiedades antimicrobianas que evitan o impiden el crecimiento de microorganismos.

En el CIQA, a partir del año 2006, el grupo Biopolímeros del Dpto. de Materiales Avanzados, y del que además forman parte los doctores Antonio Ledezma, y Carlos Espinoza González, inició una línea de investigación científica [Electrohilado de nanofibras poliméricas para aplicaciones biomédicas], cuyo propósito es contribuir, a mediano plazo, a la fabricación de dispositivos y otros biomateriales para su uso en medicina.

Entre las investigaciones que realizamos, cabe destacar la incorporación de enzimas, entre las que se incluyen la papaína y la alcohol hidrogenasa (Moreno, I., González-González, V. and Romero-García, J.. Eur. Polym. J. 47, (2011) 1264–1272; Iván E. Moreno-Cortez, E.I., Romero-García, J., Domingo I. García-Gutierrez, I.D., Marco A. Garza-Navarro, M.A. and Cruz-Silva, R. Materials Science and Engineering C 52 (2015) 306–314).

Finalmente, hemos realizado estudios para la incorporación de antibióticos, y nanopartículas metálicas de plata y oro; otros compuestos, que se utilizan de forma cotidiana en el tratamiento de enfermedades comunes, así como crónico degenerativas (cáncer y diabetes). Todos estos estudios han sido publicados en revistas científicas internacionales de reconocido prestigio en la disciplina de los polímeros. CIQA continuará con estas investigaciones con el fin de aportar al avance del conocimiento y aplicación del electrohilado en nuestro país.

*Investigador Titular C, Departamento de Materiales Avanzados del Centro de Investigación en Química Aplicada, Saltillo, Coahuila. E.mail: jorge.romero@ciqa.edu.mx


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