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La industria textil se entrega a la innovación para competir con los textiles económicos procedentes de Asia

Tejidos avanzados para la salud personal y la de la empresa europea

Pascual Bolufer. Instituto Químico de Sarriá18/05/2010
Necesitamos tejidos de alta transpiración (deporte) y, si es posible, que cambien de color ante una atmósfera peligrosa (bomberos, mineros, etc.). Nuevos vendajes con hemostático y guantes con tratamiento antimicrobiano son solo algunos de los ejemplos que se muestran en este artículo. Los tejidos técnicos, además, son la solución para la industria europea en su competencia con otros procedentes de países con menores costes.

Cada día vemos trabajadores, o guardias de seguridad, en la calle con su vestido fluorescente, con bandas reflectantes, que les protege del tráfico. Es la novedad de la industria textil, para competir con los textiles económicos procedentes de Asia.

El traje laboral es uno de los tejidos que usamos en la vida ordinaria, atenúa el frio y el calor, ayuda a la homeostasis humana, a mantener unas condiciones estáticas, constantes en nuestro organismo. Tanto los pulmones que captan el oxígeno, como los riñones que purifican la sangre, necesitan una presión y temperatura adecuadas a su función. Cada célula, para realizar su función necesita un medio interno estable, una concentración adecuada de oxígeno, glucosa, aminoácidos, etc.

Es la función tradicional del vestido, el equilibrio homeostático, y que ahora ya no basta. Al intentar que el textil aporte nuevas funciones, nos encontramos con lo fácil y lo difícil. Una actividad hoy generalizada, es el trabajo en el interior de edificios, o buques, no ventilados, subterráneos, túneles, minas. Bomberos y equipos de emergencia entran con su detector de gases tradicional.

La industria textil y de plásticos intenta recubrir el uniforme con un detector rápido que no requiera el protocolo de un análisis químico de laboratorio.

La industria textil y de plásticos intenta recubrir el uniforme con un detector rápido que no requiera el protocolo de un análisis químico de laboratorio

La atmósfera letal, que avisa es poco peligrosa. La ausencia de oxígeno no avisa, anestesia. Interesa un uniforme que cambie de color ante el peligro.

El biosensor que recubre textiles avanzados nos recuerda a los canarios enjaulados, que usaban los mineros, para detectar gases letales. Resultó práctico, pero el canario moría.

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Las partículas contaminantes no atraviesan la malla horizontal.

Por de pronto distinguir entre sentir y reaccionar. Un tejido inteligente, que detecta nuevas condiciones del ambiente, peligrosas, es un primer paso. El segundo es reaccionar y responder a esas nuevas condiciones. Más difícil.

El recubrimiento textil recibe estímulos, que pueden ser térmicos, químicos, mecánicos, eléctricos, magnéticos. etc.

Aplicaciones médicas

Hay tecnologías que incorporan electrónica o sensores en nuevos tipos de fibras, con una funcionalidad añadida, como un vendaje que vigila la curación de una herida. Tejidos con aplicaciones médicas. Biosensores incorporados en el textil, que miden el sudor, pH, conductividad, presencia de iones específicos, como el sodio o potasio, en vez del pulso cardíaco. El análisis de sangre es completo, pero lento. No sirve en una emergencia.

En deporte, el biosensor adherido a la superficie del vestido puede hacer el monitoreo para personas con enfermedades metabólicas, como diabetes. No se trata de reemplazar la medición de glucosa, sino de completarla entre dos mediciones de glucosa, separadas por dos horas.

La muestra de sudor hay que llevarla al sensor, por medio de una minibomba (Biotex).

Otro producto de Biotex es el vendaje inteligente: detecta la presencia de ciertas proteínas. El vendaje nos avisa si el proceso de curación va en la buena dirección. Por ejemplo: los que sufren quemaduras. Hasta ahora la única forma de averiguar cómo va la curación, es quitar el vendaje. Es una manipulación dolorosa, y puede perjudicar al proceso de curación.

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  Stella muestra circuitos electrónicos, que no solo se doblan, sino que pueden ser tensados (Foto Stella).

Stella va más allá: incorpora en el tejido circuitos electrónicos, que se pueden estirar. Por esa investigación Stella ha recibido el Premio Avantex 2009 en la feria TechTextil, de Frankfurt. Un vestido al ponerlo o quitarlo puede causar tirones al circuito electrónico.

Los circuitos flexibles “Today” se incorporan al vendaje, pero no se pueden estirar, solo doblar. Se pueden incorporar también en alfombras.

El metal cobre se podrá estirar, si se aplica laminado sobre un plástico flexible. ¿Hasta un 10%?

Una placa polimérica se podrá estirar, si se basa en un polímero conductor. Este polímero se puede imprimir, adherir, a un tejido plástico no tejido.

NXP Semiconductors ofrece un vendaje con sensores de presión, que determinan la presión óptima para cada herida. También ofrece una suela de zapato, con biosensor, para diabéticos, para evitar heridas y úlceras, causadas por la presión.

Una placa polimérica se podrá estirar, si se basa en un polímero conductor. Este polímero se puede imprimir, adherir, a un tejido plástico no tejido.

En vestidos para niños también hay un sensor de respiración, para evitar muertes por asfixia.

Otra aplicación interesante son los plásticos como andamio de huesos, un sucedáneo, para fomentar su crecimiento. Es un substituto del hueso gracias a su porosidad, que favorece el crecimiento de las células. Se pueden emplear distintos tipos de fibras: polipropileno, bioplásticos PHB y PLA.

También se usa la tecnología para hacer prototipos rápidos. La estructura 3D para plástico no tejido, se construye combinando fibras de 0.5-3 mm de longitud y diámetros de 30-100 micras con nanofibras de 110 nm de diámetro. Con ellas se forma una capa y se añade un adhesivo. Este se polimeriza con ultravioleta, y luego viene otra capa. Hasta terminar la estructura 3D, porosa, el sucedáneo de huesos con nanofibras.

Los recubrimientos de vendajes con Chitosan, para coagular rápidamente pérdidas de sangre tienen un éxito innegable en el Ejército y en emergencias.

Chitosan es un polisacárido compuesto de dos tipos de glucosalinas. Es producido a partir de la quitina, el exoesqueleto estructural de diversos crustáceos, por ejemplo, el langostino. Es muy abundante, porque también se encuentra en la pared de las células de hongos. Chitosan es biocompatible y biodegradable. Tiene muchas aplicaciones, pero aquí mencionaremos solo una: corta hemorragias.

Un vendaje recubierto de chitosan cierra la sangre de una herida de bala en un minuto. El médico militar necesita los productos hemostáticos chitosan. Además tiene propiedades antibacterianas.

En el uso de los plásticos como andamio de huesos se pueden emplear distintos tipos de fibras: polipropileno, bioplásticos PHB y PLA

Textiles con cambio de fase

Hay membranas que abren o cierran los poros según la temperatura. Hay plásticos que primero absorben el calor y luego lo disipan, al bajar la temperatura.

Schoeller ha desarrollado un textil con millones de microcápsulas, con un material que cambia de fase (sólido-líquido) para una determinada temperatura. Schoeller no indica su composición química, esa membrana milagrosa con microcápsulas, que al ascender la temperatura es líquida y absorbe calor. Al contrario, cuando desciende la temperatura es sólida y desprende calor. Es el tejido ideal para un vestido, para mantener la temperatura estable corporal. Por el momento las microcápsulas no se ven en el mercado.

Tejido laminado

Hay varias clases de tejido básico, con varias capas, según el tipo de trabajo. Lo más cómodo es el algodón, pero es poco resistente. Con diversos porcentajes de fibras de polímero (polipropileno, poliamida, poliéster, membrana ePTFE, etc.) y algodón se logra la composición más apropiada. Incluido el forro acolchado para el invierno. Una capa exterior de poliéster repele la suciedad. El gramaje también varía, según deseemos un vestido flexible o, al contrario, resistente. Por ej.: 220 gr/m2.

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Se presupone el sudor en el trabajador agrícola, sin ayuda de maquinaria.

Biosensor

El biosensor, que recubre el textil, detecta un componente biológico gracias a un componente físicoquímico. Es mucho más que el detector de glucosa, que necesita el diabético: una enzima que procesa moléculas de glucosa, liberando un electrón por cada molécula procesada. El electrón va a un electrodo, y se usa como medida de la concentración de glucosa.

Existen los calcetines de lana con tratamiento antibacteriano que ayudan a nuestro sistema inmune (los glóbulos blancos, el timo, la linfa, la médula ósea) y nos defiende de los microorganismos extraños.

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Foto 4. Los guantes deben proteger contra microorganismos, incluidos los virus.

También existe el papel bioactivo, un biosensor que detecta pesticidas, pero no los mata. Está recubierto de una tinta de compuestos químicos biológicamente activos, o bien una película de nanopartículas de silicio biocompatible con enzimas. Cuando el papel queda expuesto a una toxina, el papel cambia de color. Pero no existe en el comercio.

Hay que diseñar una tira de papel bioactivo, que al introducirlo en el agua, si ésta está contaminada, cambia de color. Los sistemas de filtración no ofrecen garantía. Los virus pasan por los orificios del filtro.

También existe el biosensor con cristales fotónicos. El biosensor puede ser un tejido, un cultivo de microorganismos, enzimas, anticuerpos, cadenas de ácidos nucleicos, etc. Puede ser un producto de la biología sintética. El biosensor electroquímico se basa en la catálisis enzimática de una reacción, que produce o consume electrones. Justamente por eso, se llaman enzimas redox.

El vestido con biosensores debe mantener la piel seca y caliente, transpirable 100% y permitir la máxima libertad de movimiento. El lavado, incluso a 85°C debe mantener el color y la forma del vestido. Con las tallas no hay problema.

Chemistry & Industry 8 March 2010 indica que estas nuevas empresas del textil crecen el 20% al año, con una producción de 300 millones de dólares. Corea se muestra muy activa.

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La contaminación microbiana debe ser detectada.

La nueva técnica Net Shape Nonwoven, del ITB, de Dresden, diseña estructuras plásticas 3D recubiertas, para cirugía de reconstrucción, con fibras biocompatibles, que no se degradan y se absorben.

Cilindros-malla autoexpandibles con Nitinol

Nitinol es una aleación de níquel y titanio (casi al 50%), que se usa por su memoria de forma. En metalurgia nada nuevo. Su incorporación en textiles sí lo es.

La memoria de forma se manifiesta cuando, después de una deformación plástica, Nitinol recupera su forma tras un calentamiento suave. Es una transición de fase entre una estructura tipo austenita y una de tipo martensita. Es una transformación muy rápida, que puede alcanzar la velocidad del sonido. La pieza se enfría desde el estado de austenita, para transformarla en martensita. En esta fase Nitinol es maleable, y se deforma fácilmente. Un calentamiento a una temperatura superior a la de transformación devuelve el objeto a su forma original, su estructura como austenita.

En medicina se usan cilindros-malla autoexpandibles, para mantener la permeabilidad de los vasos sanguíneos. También se emplean para válvulas del corazón, que eliminan defectos cardíacos.

Avalon dice ser la primera en incorporar al tejido aleaciones de memoria de forma, el alambre Nitinol.

Sin relación con textiles, Nitinol se usa como actuador, como válvula termostática de calefacción.

Vestido que refrigera

Hay que mantener la homeostasis, la constancia en la temperatura corporal. La norma es la retroalimentación negativa. Los sistemas de control del cuerpo humano actúan mediante un proceso de retroalimentación, de modo que si algún factor (en nuestro caso, la temperatura corporal) alcanza un valor exagerado, excesivo, un sistema de control inicia una retroalimentación negativa, que devuelve al factor temperatura hacia un valor medio, aceptable, por la homeostasia.

Al aire libre, si la luz solar es excesiva, tu pupila se contrae. Esto es lo mismo que decir, que la respuesta es negativa con respecto al estímulo inicial. El aprendizaje, la memoria, nos permite un sistema de control mejor todavía: adaptarse a una situación antes de que se alteren las variables. Cuando el cerebro ordena hacer algo, recibe una señal de la memoria, que le desaconseja, para que no se vuelva a repetir lo que ya sucedió.

En el ejercicio físico los músculos generan calor, que hay que eliminar, para recuperar la temperatura inicial. El sudor es producido como medio de refrigeración corporal: convertir el agua líquida en vapor de agua. El calor de vaporización es de 540 cal/gr. La naturaleza no podía elegir un medio más enérgico de refrigeración.

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Dos mallas de textil inteligente.

Los fabricantes de ropa laboral y deportiva estudian telas laminadas, con membranas de millones de poros, para lograr la rápida salida del sudor desde la piel, a través de las membranas, hasta la atmósfera, en forma de vapor. La propaganda anuncia una transpirabilidad increíble. Las fibras transportan la humedad a la superficie exterior.

Tres capas en el vestido es normal, cada capa con su función propia. Los poros de la membrana son 20.000 veces más pequeños que una gota de agua, pero 700 veces más grandes que una molécula de vapor. Las costuras del vestido, chalecos, monos, pantalones, son impermeables, repelentes al agua. Los polímeros usados son nylon (flexible), poliamida y poliéster.

En telas laminadas que logran la rápida salida del sudor desde la piel, a través de las membranas, hasta la atmósfera, los polímeros usados son nylon (flexible), poliamida y poliéster

El textil híbrido

La industria europea de textiles (más de 40 empresas) está interesada en esta investigación, para competir con los textiles económicos de importación. Se trata de crear un textil técnico. De momento hay 9 productos prototipo: por ejemplo, un casco de motocicleta que absorbe impactos más intensos o un vendaje ortopédico, que acelera la rehabilitación, e injertos para el aneurisma arterial. En cada aplicación, el textil tradicional, poliéster o Lycra, se combina con el alambre Nitinol, y se logra un textil híbrido. En el casco se combinan Nitinol y aramida, para lograr un material que disipe energía, durante la colisión.

Referencias

George, S. The Alloy that remembres. Time, 1968-09-13.

Hiroyasu, F. Shape memory alloys. University of Tokyo, 1984.

Luckham, R. Paper-based bioassays using gold nanoparticle probes. Anal. Chem. 2008 – 80.

Mcmanus, B. Machines for textile and ready-made clothing technology.ITB Dresden 2007.

Fan, F. Novel biosensors using lucipherase. ACS Chemical 2008.

Krocca, M. Biosensors for biological Warfare agent detection. Def.Sci.2007.

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