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Mezclas de algina o y p o eína de soja pa a el desa ollo de ma ices po osas con po encial aplicación
en ingenie ía isula
MEZCLAS DE ALGINATO Y PROTEÍNA DE SOJA PARA
EL DESARROLLO DE MATRICES POROSAS CON
POTENCIAL APLICACIÓN EN INGENIERÍA TISULAR
Ál a ez-Cas illo, Es e anía*; Aguila , José Manuel; Félix, Manuel; Gue e o,
An onio
Tecnología y diseño de p oduc os mul icomponen es
Ingenie ía Química. Escuela Poli écnica Supe io . Uni e sidad de Se illa.
*E-mail: mal [email p o ec ed]
RESUMEN
Los biopolíme os, como polisacá idos y p o eínas, son ma e iales ex ao dina iamen e
a ac i os pa a la ob ención de ma ices po osas con po encial aplicación en ingenie ía
isula ; debido, a la mejo solubilidad en agua, biocompa ibilidad, biodeg adabilidad
y capacidad de uncionalización que p esen an es os bioma e iales en e a los
políme os sin é icos. El algina o es un polisacá ido de bajo cos e, capaz de o ma
geles es ables en p esencia de iones di alen es como el Ca2+. Sin emba go, ambién es
conocida su pé dida de esis encia mecánica a lo la go del iempo, lo que ocasiona su
desin eg ación, suponiendo una impo an e limi ación en aplicaciones biomédicas.
El obje i o de es e es udio ha sido supe a es e incon enien e median e el mezclado
de algina o con p o eína de soja, ob eniendo bioplás icos po inyección usando
glice ina como plas i ican e, así como es udia su posible aplicación como ma ices
en ingenie ía isula . En el es udio se modi ica on las concen aciones de algina o y
p o eína de soja pa a obse a la a iación que es o suponía pa a las p opiedades
de los bioplás icos median e ensayos eológicos de acción, abso ción de agua y
pé dida de ma e ial soluble. Además, se es udió la in luencia de las concen aciones
de las disoluciones de CaCl2, u ilizadas pa a p omo e la e ención del algina o en las
ma ices, las cuales ue on e aluadas median e ensayos eológicos de comp esión.
PALABRAS CLAVE
Ma iz, Biodeg adable, Ingenie ía isula , Bioplás ico.
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Ál a ez-Cas illo, E.; Aguila , J. M.; Félix, M.; Gue e o, A.
ABSTRACT
Biopolyme s as polisacha ydes and p o eins a e ex emely a ac i e ma e ials o he
ob ainmen o po ous ma ixes wi h a po en ial applica ion in issue enginee ing,
because o hei be e solubili y in wa e , biocompa ibili y, biodeg adabili y and
hei capaci y o unc ionaliza ion which hose ma e ials p esen e sus he syn he ic
polyme s. Algina e is a low cos polysaccha ide. I can o m s able gels in he p esence
o di alen ions as Ca2+. Howe e , i is known ha i s mechanic esis ance dec eases
along ime, being ha an impo an limi a ion o use algina e in biomedicine
applica ions. The p incipal aim o his s udy has been o e come his disad an age
mixing algina e wi h a soy p o ein isola e, ob aining injec ed bioplas ics using glyce ol
as plas icize , s udy hei po en ial use in issue enginee ing. The concen a ion
o algina e and soy p o ein we e modi ied in blends o obse e a ia ions in he
p ope ies o bioplas ics by means o heological es s o ac ion, wa e up ake and
soluble ma e ial los essays. In addi ion, he in luence o di e en concen a ions o
CaCl2 in aqueous solu ion, used o p omo e he e en ion o algina e in he ma ixes,
e alua es hen by heological essays in comp ession es s.
KEYWORDS
Ma ix, Biodeg adabili y, Tissue enginee ing, Bioplas ic.
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Mezclas de algina o y p o eína de soja pa a el desa ollo de ma ices po osas con po encial aplicación
en ingenie ía isula
INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS
La ingenie ía isula a a de la aplicación de los p incipios y mé odos de la ingenie ía
y ciencias biológicas pa a el en endimien o de la elación es uc u a- unción en
ejidos, y el desa ollo de sus i u os biológicos que es au en, man engan o mejo en
la unción de dichos ejidos [1]. T adicionalmen e los ma e iales sin é icos han sido
los más u ilizados pa a la ealización de ma e iales en ingenie ía isula , sin emba go,
en las úl imas décadas, se ha p es ado una mayo a ención al uso de o mulaciones
basadas en mac omoléculas p esen es en los se es i os como polisacá idos o
p o eínas [2]. Es e es udio cen a su a ención en la e ención del polisacá ido (con
CaCl2) en mezclas de algina o y p o eína de soja pa a la ob ención de ma e iales
ú iles en es e campo.
El algina o es un polisacá ido lineal compues o de ácido β-D-manu ónico (M) y ácido
α-D-gulu ónico (G), que o ma pa e de la pa ed celula de las algas ma ones. Es e
compues o es u ilizado comúnmen e en la indus ia a macéu ica y alimen a ia, como
espesan e, geli ican e y es abilizan e. También en la ingenie ía isula es u ilizado,
po sus buenas condiciones de biodeg adabilidad, biocompa ibilidad, bioes abilidad
y su p ecio asequible.
La p o eína de soja es un componen e muy u ilizado en la indus ia alimen a ia,
debido a sus buenas p opiedades en la o mación de geles, y emulsiones [3]. Además,
exis en es udios que sugie en que su consumo puede es a asociada a una meno
incidencia de cie as en e medades c ónicas, y ca dio ascula es. Aunque un exceso
de es a en la die a puede induci p oblemas ep oduc i os y i oidales.
El obje i o de es e es udio ha sido la ob ención de bioplás icos y ma ices pa a
conoce su alcance como ma e iales pa a se u ilizados en ingenie ía isula . Pa a ello
se ob u ie on mezclas compues as po glice ina, p o eína de soja y algina o; a pa i
de las cuales se p epa a on bioplás icos po inyección, y ma ices po lio ilización
de es os. Las a iables es udiadas han sido la elación Algina o/P o eína de soja y la
concen ación de CaCl2 en la disolución en la que se sume gie on los bioplás icos,
p e iamen e a la ob ención de ma ices. El es udio de las p opiedades de dis in as
o mulaciones de bioplás icos se lle ó a cabo median e ensayos eológicos de acción
dinámica y es aciona ia, y de la de e minación de sus capacidades de abso ción de
agua y de pé dida de ma e ial soluble. Po o o lado, se ealiza on ensayos eológicos
de comp esión dinámica a las ma ices.
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Ál a ez-Cas illo, E.; Aguila , J. M.; Félix, M.; Gue e o, A.
METODOLOGÍA
Ma e iales
El algina o (ALG) u ilizado es una sal sódica de ácido algínico p o enien e de algas
ma ones, de la casa come cial Sigma, de iscosidad media. El aislado de soja (SPI)
u ilizado ue ob enido po P o ein Technologies In e na ional (Bélgica) y suminis ada
po PROANDA (España). Como pla i ican e se empleó glice ina, suminis ada po
la casa come cial PANREAC. Además, pa a ija el algina o en la ma iz p o eica se
empleó clo u o de calco de la casa coma cial PANREAC.
Mé odos
P epa ación de p obe as
Es e p oceso iene dos e apas di e en es; en la p ime a, las ma e ias p imas son
in oducidas en un eóme o mezclado HAAKE POLYLAB (The mo Scien i ic,
Alemania) con una cáma a mezclado a en la que se si úan dos o o es ipo del a
que gi an en sen ido con a o a o io que se enca ga de mezcla los componen es
has a ob ene una masa homogénea. Se u ilizó una elocidad de 50 pm du an e
30 minu os a empe a u a cons an e, conside ando que es as condiciones e an
su icien e pa a ob ene mezclas comple amen e uni o mes. La segunda e apa pa a
la ob ención de los bioplás icos inyec a las masas an e io es en un molde usando
una inyec o a Mini Je II (Haake-The mo Scien i ic, Alemania). Los pa áme os de
inyección seleccionados ue on: iempo de inyección (300 s), p esión de inyección
(500 ba ), empe a u a en el cilind o: 40 oC, empe a u a en el molde: 70 oC. Se
ealiza on bioplás icos con di e en es p opo ciones de ALG, SPI y GL. La elación
ALG+SPI/GL se man u o cons an e, siendo igual a 1,33, mien as que la elación
ALG/SPI se modi icó en e 0/2, 1/2 y 2/2 (es a nomencla u a se á la u ilizada pa a
nomb a a las mues as, ya sea bioplás ico o ma iz, ya que es el único pa áme o
que di e encia unas de o as).
Ca ac e ización de los bioplás icos
Abso ción de agua y pé dida de ma e ial soluble:
Es e mé odo se ealizó con o me a la no ma ASTM D570, 2001. En un p ime
momen o se pesan las mues as a ensaya , pos e io men e se in oducen en el
ho no (50 ± 2 oC) has a alcanza un peso cons an e (peso seco inicial), as la e apa
de acondicionamien o, las mues as se in oducen en agua du an e 24 ho as y se
de e mina su masa (peso húmedo). Pa a calcula la abso ción de agua y la pé dida de
ma e ial soluble de las mues as se u iliza on las ó mulas que siguen:
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Mezclas de algina o y p o eína de soja pa a el desa ollo de ma ices po osas con po encial aplicación
en ingenie ía isula
% Abso ción de agua =Peso húmedo −Peso seco inicial
Peso seco inicial
(1)
% Pé dida Soluble = Peso seco inicial −Peso seco inal
Peso seco inicial
(2)
Ensayos eológicos a p obe as:
La ca ac e ización eológica se lle ó a cabo en un equipo de análisis mecánico
dinámico (TA Ins umen s, USA). Los ensayos eológicos a los que se some ie on
las p obe as (dimensiones: 60x10x1 mm3) ue on ensayos dinámicos de acción
en un ango de ecuencia en e 0,02-20 Hz pa a una de o mación in e io a la
de o mación c í ica (ap ox. 60%), la cual ue de e minada p e iamen e median e
ba idos de de o mación ealizados en e 0,02- 2% a una ecuencia de 1 Hz); las
p obe as ambién ue on ensayadas median e de o mación has a o u a, con una
elocidad de 0,01 mm/s.
P epa ación de ma ices:
Pa a la ob ención de las ma ices se in oduje on las p obe as de bioplás icos en un
ho no a 50 ± 2 oC du an e 24 ho as. T as es e iempo se in oduje on en agua o en
una disolución de CaCl2, según co esponda du an e el mismo pe iodo. Finalmen e
se in odujo la p obe a mojada e hinchada en un congelado a -40 oC, du an e
ap oximadamen e dos ho as, pa a pos e io men e lio iliza las en un lio ilizados
Tels a LyoQues , du an e 24 ho as.
Ca ac e ización de las ma ices
Ensayos eológicos a p obe as:
Se ealiza on ensayos eológicos dinámicos a comp esión en mismo eóme o
u ilizado pa a los bioplás icos, con un senso placa-placa de 8 mm de diáme o,
se ealiza on ba idos de de o mación y ecuencia con los mismos pa áme os
u ilizados an e io men e.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Mezclado e inyección
En la e apa de mezclado no se obse ó ningún aumen o en o que ni empe a u a
en el in e io de la ca idad mezclado a, po an o, se deduce que las p o eínas en
el in e io de la mezclado a no han su ido un impo an e en ec uzamien o que
di icul a ía el hinchamien o de la ma iz.

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Ál a ez-Cas illo, E.; Aguila , J. M.; Félix, M.; Gue e o, A.
Las es mezclas ob enidas ue on pe ec amen e inyec ables y como condiciones de
inyección se u iliza on: empe a u a de cilind o de 50 oC, empe a u a de molde de
70 oC, una p esión y iempo de inyección de 500 ba y 220 s, espec i amen e.
Ca ac e ización eológica y mecánica de las p obe as ALG/SPI/GL
En la Figu a 1 podemos obse a como pa a odas las mues as se ob u ie on alo es
de E’ supe io es a los de E’’, mos ando espec os pa alelos, lo que indica una an δ
se án in e io es a la unidad y pe manece án p ác icamen e cons an es en el in e alo
de ecuencias es udiado, mos ando, po an o, un compo amien o más simila a
un sólido que un líquido. Como puede ap ecia se se ob ienen módulos iscoelás icos
meno es con o me se aumen a la can idad de ALG en la mues a, lo que indica que la
consis encia de las mismas disminuye con o me aumen a la p opo ción de algina o
p esen e en los bioplás icos.
Figu a 1. Ba idos de de o mación de las p obe as con dis in o a io ALG/SPI.
Ensayos de acción a o u a se lle a on a cabo en las p obe as, ob eniendo los
esul ados mos ados en la Figu a 2. Se puede obse a cómo una disminución en el
módulo de Young y en el es ue zo máximo cuando se inc emen a la composición de
ALG en la p obe a, mien as que no se obse ó una e olución cla a en la de o mación
máxima.
0/2 1/2 2/2
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
Módulo de Young (MPa)
Es ue zo Máximo (MPa)
Mues a
E
�
máx
�
máx
0
2
4
6
De o mación máxima (%)
Figu a 2. Pa áme os ob enidos a pa i del ensayo has a o u a pa a p obe as con dis in o
a io ALG/SPI.
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Mezclas de algina o y p o eína de soja pa a el desa ollo de ma ices po osas con po encial aplicación
en ingenie ía isula
Abso ción de agua y pé dida de ma e ial soluble
Pa a cuando las mues as ue on in oducidas en agua, se obse ó un lige o aumen o
de su capacidad abso ben e con o me aumen a el a io ALG/SPI, mos ando alo es
supe io es al 500 % pa a cualquie a de las mues as es udiadas (Figu a 3). La
e olución de la pé dida de ma e ial soluble si es más cla a y aumen a con la can idad
de algina o con enida en la mues a, ya que pa a las mues as que con ienen el
algina o, además de pe de se la glice ina con enida en la mues a, se pie de g an
can idad del algina o que poseen. Pa a e i a es a pé dida de ALG du an e el ensayo
de abso ción, se u ilizó como líquido de inme sión una disolución de CaCl2 en dos
dis in as concen aciones 0,3 y 0,5 M.
Figu a 3. Resul ados de abso ción de agua (A) y pé dida de ma e ial soluble (B) pa a
mues as con dis in o a io ALG/SPI y sume gidas en dis in as soluciones de CaCl2.
Ca ac e ización eológica de las ma ices lio ilizadas
Las ma ices a adas con el p oceso deshid o é mico ue on some idas a ensayos
de comp esión dinámicos de baja ampli ud, ilus ados en la Figu a 4. Se obse ó de
nue o como los alo es de E’ son supe io es a los de E’’ pa a cada mues a.
Figu a 4. Ba idos de ecuencia ealizado a ma ices p o enien e de bioplás icos con
dis in o ALG/SPI y sume gidas en Agua o disolución de CaCl2 (0,3 M y 0,5 M).
Los módulos iscoelás icos de las ma ices ue on no ablemen e meno es a los
ob enidos del bioplás ico inicial cuando las mues as no con ienían algina o,
independien emen e de cual sea el líquido de inme sión (Figu a 4A); mien as que
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Ál a ez-Cas illo, E.; Aguila , J. M.; Félix, M.; Gue e o, A.
pa a las mues as cuyo a io ALG/SPI ue 2/2 (Figu a 4B) los esul ados ob enidos
ue on di e en es, mos ando que odas las ma ices ob enidas u ie on módulos
elás icos mayo es, acompañado de un mayo compo amien o ipo gel que el
del bioplás ico del que p o enían. Los módulos iscoelás icos de es as úl imas
aumen a on os ensiblemen e cuando ue on sume gidas en una disolución de
CaCl2, es os esul ados espaldan la hipó esis de que el algina o pe manece ijado
den o de la es uc u a, o mando un complejo con los iones Ca+2, con o mando una
ma iz más es uc u ada que aquella o mada exclusi amen e po SPI. Además, los
esul ados ob enidos ponen de mani ies o dos e ec os con apues os: la sus i ución
de SPI po ALG debili a la es uc u a en ausencia de iones Ca+2. La o mación de
puen es de calcio p oduce un e o zamien o es uc u al que conduce a ene
ma ices más consis en es, pa a los sis emas con mayo p opo ción de ALG. Debe
señala se que la ma iz es menos po osa cuando exis e CaCl2 en el medio, po ello
aumen a sus p opiedades mecánicas, a la ez que di icul an su hinchamien o con la
consiguien e abso ción de agua.
CONCLUSIONES
Las p opiedades mecánicas de los bioplás icos ALG/SPI/GL ienen una cla a
dependencia de la p opo ción algina o/p o eína, de modo que se p oduce una
disminución del módulo de Young y del es ue zo máximo necesa io an es de la o u a
cuando la p opo ción de algina o aumen a en las mues as. Además, se p oduce
una disminución de los módulos iscoelás ico al aumen a ambién la can idad de
algina o en las p obe as.
La capacidad de abso ción de agua pa a es os bioplás icos se si úa al ededo del 500
% y es independien e de la elación algina o/p o eína, aunque la pé dida de ma e ial
soluble aumen a sus ancialmen e al inc emen a se el algina o en la mues a. Al
in oduci los bioplás icos en una disolución de CaCl2 la capacidad de abso ción
disminuye conside ablemen e, al igual que la pé dida de ma e ial soluble, debido a
que el CaCl2 e iene el algina o en la mues a
En lo que espec a a las ma ices, cuando es as son sume gidas en agua, sus módulos
iscoelás icos disminuyen con el con enido en la mues a, mien as que aquellas que
ue on ob enidas a pa i de las p obe as de bioplás ico sume gidas en un luido de
inme sión que con iene CaCl2, mues an un inc emen o en los módulos iscoelás icos
cuando la can idad de algina o u ilizado pa a la ob ención de las mismas ue mayo .
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en ingenie ía isula
AGRADECIMIENTOS
Los au o es ag adecen el apoyo inancie o ecibido pa a la ealización de es e es udio
po pa e del Minis e io de Economía y Compe i i idad y el p og ama FEDER (Pa a el
p oyec o con Re e encia: CTQ2015-71164-P).
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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