Hidrogeles biobasados a partir de sericina: Alternativa para aplicaciones en agricultura urbana

En años recientes, el desarrollo de nuevos materiales poliméricos biobasados para la síntesis de hidrogeles ha despertado un creciente interés en la comunidad científica debido, entre otros aspectos, a su potencial biodegradabilidad. Los hidrogeles son estructuras tridimensionales formadas por polímeros entrecruzados que, al entrar en contacto con el agua, se hinchan significativamente debido a su naturaleza hidrofílica. Estas redes son especialmente valoradas por su capacidad de absorción de agua y humedad. Además, suelen ser considerados como sistemas de liberación controlada de diferentes sustancias de interés en la agricultura tales como bioinsumos, o en algunos casos, debido a su composición química, pueden actuar en sí mismos como fertilizantes. Estos aspectos los convierte en una herramienta eficaz para aplicaciones agrícolas sostenibles que incluyen la creciente tendencia en agricultura urbana, en la cual las plantas pueden estar sometidas a diferentes condiciones de estrés hídrico o de deficiencias nutricionales. Estos materiales presentan diferentes retos, entre ellos, se encuentran la determinación de las condiciones más apropiadas para su producción, en especial las que puedan generar interacción entre los componentes de origen sintético y natural que potencien su desempeño para la aplicación definida.
En este trabajo se prepararon entonces hidrogeles biobasados conformado por una trimezcla compuesta por polivinil alcohol (PVA) con un grado de hidrólisis del 99% (BF), carboximetilcelulosa (CMC) y sericina de seda (SS) aislada de residuos de capullos de gusano de seda. Debido a la influencia de la temperatura del secado sobre la estructura y el comportamiento físico-mecánico de los hidrogeles, en este caso se han sido analizadas tres condiciones que corresponden a 40, 90 y 115 °C. Algunos de los ensayos realizados corresponden al análisis estructural mediante espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FTIR), así como la determinación de la absorción de humedad y la determinación de fracción gel. Estos análisis fueron complementados con el análisis morfológico empleando microscopía electrónica de barrido (FE-SEM). De acuerdo con los resultados obtenidos se aprecia que los hidrogeles biobasados y secados a 40 °C tienen valores de absorción de agua de 23,61 g/g y 62% de fracción gel, mientras que las muestras sometidas a 90 °C los valores corresponden a 22,97 g/g y 69%, respectivamente. Para las películas tratadas a 115 °C no se obtuvieron datos concluyentes debido a que estas se desintegraron en el proceso. Los resultados obtenidos del análisis termogravimétrico mostraron tres zonas principales de degradación, la primera entre 60-150°C, relacionada con la pérdida de humedad, la segunda zona entre 210-250 °C y la tercera entre 400-600 °C. El análisis infrarrojo mostró al aumentar la temperatura de secado disminuían los grupos hidroxilo libres, esto podría deberse a la formación de puentes de hidrógeno entre CMC y PVA, y potencialmente al entrecruzamiento que pueda tener lugar entre los diferentes componentes del hidrogel. La presencia de la sericina permite considerar que el hidrogel desarrollado pueda ser considerado como fertilizante gracias a su aportación de nitrógeno. Mediante los análisis de microscopía electrónica ha sido posible identificar que las muestras tratadas a 40 y 90 °C tienen estructuras más ordenadas que las sometidas a 115 °C, lo cual contribuye potencialmente a estabilizar su estructura. Los materiales secados a 90 °C presentan una mayor estabilidad térmica posiblemente debido al incremento en el grado interacciones moleculares entre los componentes, esto permite mejorar la resistencia del material bajo condiciones húmedas. Los resultados obtenidos sugieren que los hidrogeles biobasados a base de sericina aislada de residuos de la industria de producción de seda pueden ser empleados en aplicaciones de agricultura, como la urbana, que dentro de sus retos tiene la necesidad de disponer de sistemas ágiles que permitan mejorar la retención de humedad del suelo y la disponibilidad bioinsumos, aspectos claves en el desarrollo y crecimiento de las plantas