Nuevas tecnologías láser para crear superficies antibacterianas
Las texturas de la superficie de los materiales pueden influir enormemente en sus propiedades antibacterianas. Por ejemplo, en la naturaleza, la microestrucutra superficial de la hoja de loto la convierte en hidrófoba. Dado que las bacterias suelen transportarse en medios fluidos, si se dispersa el fluido se eliminan las bacterias. En el mismo sentido, las superficies con determinadas texturas rugosas a escalas más pequeñas que una bacteria son capaces de impedir la adhesión de bacterias al restringir los puntos de contacto o arañar la membrana celular. La combinación de texturas hidrófobas y antibacterianas podría tener aplicaciones industriales importantes, por ejemplo, en el sector alimentario. La texturización es el proceso artificial de crear una textura concreta. En teoría, un láser podría conformar la superficie a una escala minúscula sin derretir o cortar el material, lo cual introduciría formas no deseadas. Pero los láseres industriales no han sido hasta ahora adecuados para tal fin, pues sus pulsos eran demasiado lentos, lo que hace que el material se funda. Además, en el ámbito de la fabricación industrial es necesario texturizar grandes superficies en poco tiempo, y los láseres actuales no están a la altura de este tipo de producción intensa.
Un nuevo sistema de texturización láser
El proyecto financiado con fondos europeos TresClean desarrolló tecnologías de texturización para la industria alimentaria y la dedicada a los electrodomésticos. El sistema nuevo es capaz de texturizar rápidamente grandes superficies y lograr al mismo tiempo patrones hidrófobos y antibacterianos. Incluye además una nueva tecnología de escaneado para controlar el haz. La propiedad autolimpiante se genera mediante la combinación de dos texturas superficiales distintas. «En este caso, la morfología consiste en la superposición de rugosidad a microescala y características a nanoescala en un patrón similar en ambas escalas», explica Luca Romoli, coordinador del proyecto y profesor asociado de la Universidad de Parma. «Esta estructura jerárquica es superhidrófoba. El agua se desliza por una alfombra de nanoburbujas de aire» Los socios de TresClean evaluaron varias tecnologías de texturización y se decidieron por dos para desarrollarlas en mayor medida. Una es la generación directa de patrones por interferencia de láser, donde la interferencia de cuatro haces de láser genera un patrón específico en la superficie. La segunda técnica es la formación de estructuras superficiales periódicas inducidas por láser. De esta forma, se crea la textura deseada mediante una autoconfiguración del material posterior al estado de inestabilidad generado por la exposición a pulsos de láser ultracortos. «Un pulso de láser puede representarse como una piedra en una charca», añade Romoli. «Las ondas generadas por el golpe de la piedra en la superficie del agua son similares a los vértices que formas una estructura metálica».
Concepto demostrado
Al comienzo del proyecto, los láseres existentes no generaban ni potencia ni velocidad suficientes para la producción en masa. El proyecto desarrolló y verificó la combinación de láseres adecuados capaces de lograr pulsos a 10 MHz y un cabezal de escaneado capaz de cubrir una zona de 200 X 200 mm en 200 milisegundos. Tras su integración en máquinas de procesamiento de materiales, el sistema permitió texturizar componentes metálicos con los parámetros deseados. Las texturas se transfirieron a piezas plásticas mediante moldeado por inyección. La comprobación de la limpieza de las partes producidas de este modo mostró una reducción de la adhesión bacteriana del 90 % en comparación con piezas sin texturizar. Las piezas metálicas resultaron más eficaces que las plásticas. Las pruebas de durabilidad en las piezas metálicas también resultaron positivas. Las superficies antibacterianas tienen diversas aplicaciones en la industria, sobre todo en sectores dedicados a los alimentos y los electrodomésticos, y posiblemente también en sistemas marinos contra las bioincrustaciones. Representantes de estos sectores han expresado su interés en las nuevas tecnologías de TresClean. Estos logros podrían dar lugar a una amplia gama de productos autolimpiantes.
Palabras clave
TresClean, láser, texturizado, antibacteriano, superficies, tecnologías de texturizado, superhidrófoba
