“Hidrogeles biopoliméricosaplicados en agricultura”

Departamento de Física y MatemáticasUniversidad Iberoamericana

Laboratorio de Nanociencia y Nanotecnología

Dr. Rodolfo EstradaAsesor del Doctorado en Ciencias de la Ingeniería

HidrogelesLos materiales denominados como hidrogeles son polímeros hidroabsorbentes quetienen la capacidad de absorber y ceder grandes cantidades de agua y otrasdisoluciones acuosas sin disolverse. Dicho proceso ocurre a distintas velocidades deacuerdo al grado de polimerización del monómero constituyente.

Se preparan calentado una disolución de agua con grenetina a 60 C durante 10minutos. La grenetina en estado sólido se transforma primero a un estado de progeldebido a la desnaturalización de la proteína. El progel es un líquido viscoso en el queya ha tenido lugar cierto grado de polimerización. En esta etapa la proteína sedespliega y se expone un número crítico de grupos funcionales (como gruposhidrófobos y grupos formadores de puentes de hidrogeno) de forma que permita elinicio de la segunda etapa que es la constitución de la red tridimensional del gel. Eneste momento, se incorpora lentamente el ácido poliacrílico y se agita de maneraregular la solución resultante para favorecer la interacción entre los compuestos.Posteriormente se enfría a temperatura ambiente para facilitar la formación deenlaces estables entre los grupos funcionales expuestos de las diversas moléculas; estoes lo que constituye la “gelificación”.

En los hidrogeles se empleóácido poliacrílico (APA) dedistintos pesos moleculares(15000 y 30000 g/mol) ygrenetina comestible adiferentes concentraciones.La síntesis se realizómediante entrecruzamientode la grenetina con el ácidopoliacrílico en disoluciónacuosa.

Muestra% en peso grenetina

mL ácido (APA)

2_4 2 4

4_6 4 6

6_8 6 8

8_10 8 10

10_12 10 12

12_14 12 14

15_17 15 17

17_20 17 20

Imágenes de hidrogel

Hidrogeles de grenetina y APA

Prueba de retención de agua

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

10_12 12_14 15_17 17_20Muestras

Pe

so

(g

)

Muestra Seca Después de sumergirla en agua

Grenetina + APA 30 000

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

0 1 2 3 4 5

Tiempo de secado (hr)

Peso

(g

)

10_12

12_14

15_17

17_20

Grenetina + APA 15 000

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

0 1 2 3 4 5

Tiempo de secado (hr)

Peso

(g

)

10_12

12_14

15_17

17_20

Hidrogeles con nanotubos de carbono

Para los hidrogeles de nanotubos se utilizaron dos diferentes tipos de nanotubos: MWCNT's (Nitrogen-doped multiwalled carbon nanotubes) y CNXNT's (Nitrogenh-doped carbon nanotubes) a una concentración de 0.5 y de 0.25 por ciento en peso de nanotubos. Para realizar la dispersión de los nanotubos dentro del hidrogel se empleó un baño ultrasónico durante media hora.

Imágenes del hidrogel

Hidrogeles de grenetina APA y nanotubos

Prueba de retención de agua nanotubos

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

MW(0.25%)15_17 MW(0.5%)15_17 CN(0.25%)15_17 CN(0.25%)12_14

Muestras

Pe

so

(g

)

Muestra Seca Después de sumergirla en agua

Grenetina + APA 15000 + MWCNT's (0.25%)

y = 0.0205x2 - 0.2327x + 0.8018

R2 = 0.9981

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 1 2 3 4 5

Tiempo de secado (hr)

Pe

so

(g

)

Conclusiones

Los resultados obtenidos para los hidrogeles de grenetina-APA sugieren que paradichos hidrogeles la retención de agua se da básicamente por un fenómeno dedifusión superficial, la liberación de esta última se da de manera proporcional a laexposición térmica.Los resultados obtenidos para los hidrogeles modificados con nanotubos indicanque el fenómeno de retención de agua se puede dar tanto por difusión superficialcomo por formación de cavidades porosas en el hidrogel. Para dichos hidrogeles laformación de porosidades depende de la concentración de nanotubos presentes enla muestra. También se observa que la capacidad de almacenaje de agua aumenta auna tasa de retención del triple de su peso en agua, lo cual es muy significativo, yque la velocidad de pérdida de agua no es de manera lineal comparada con loshidrogeles que no contienen nanotubos.