Aplicaciones del grafeno verde en materiales biopoliméricos: desarrollo de hidrogeles inyectables para biomedicina y biocompuestos biodegradables para envase y embalaje

Abstract

[Resumen] El grafeno es un material que ha despertado un gran interés en la comunidad científica debido a sus excepcionales propiedades, que lo han convertido en un aditivo clave en la fabricación de productos en diversos sectores, como la construcción, los plásticos y los tejidos. Este estudio utiliza grafeno verde, obtenido por pirólisis controlada de biomasa vegetal, como alternativa sostenible que reduce el impacto ambiental frente a métodos convencionales. En esta tesis doctoral, se investiga la aplicación de grafeno verde como refuerzo en biopolímeros para diferentes usos. En el campo biomédico, se estudia su incorporación en hidrogeles inyectables para regeneración tisular. Estos hidrogeles cumplen requisitos esenciales como biocompatibilidad y capacidad de proporcionar soporte estructural a las células. Para su desarrollo, se emplearon carrageninas, goma de algarrobo y gelatina, cuyas propiedades físicomecánicas y de biocompatibilidad se evaluaron mediante ensayos de proliferación celular y citotoxicidad. Paralelamente, considerando el grave problema ambiental derivado del uso de polímeros convencionales de origen fósil en la industria del embalaje, esta tesis doctoral también busca desarrollar nuevos biocompuestos biodegradables basados en almidón de maíz plastificado con isosorbide y reforzado con grafeno verde. Se analizan sus propiedades morfológicas, cristalinas, térmicas y mecánicas, así como su comportamiento frente a la humedad y su biodegradabilidad. Los resultados de este estudio contribuirán al desarrollo de materiales innovadores, sostenibles y funcionales, con aplicaciones tanto en la medicina regenerativa como en el sector del embalaje biodegradable.[Abstract] Graphene is a material that has aroused great interest in the scientific community due to its exceptional properties, making it a key additive in the manufacturing of products across various sectors, such as construction, plastics, and textiles. This study uses green graphene, obtained through controlled pyrolysis of plant biomass, as a sustainable alternative that reduces environmental impact compared to conventional methods. In this doctoral thesis, the application of green graphene as reinforcement in biopolymers for different uses is investigated. In the biomedical field, its incorporation into injectable hydrogels for tissue regeneration is studied. These hydrogels meet essential requirements such as biocompatibility and the ability to provide structural support to cells. For their development, carrageenans, locust bean gum, and gelatin were used, whose physicomechanical and biocompatibility properties were evaluated through cell proliferation and cytotoxicity assays. At the same time, considering the serious environmental problem caused using conventional fossil-based polymers in the packaging industry, this doctoral thesis also aims to develop new biodegradable biocomposites based on corn starch plasticized with isosorbide and reinforced with green graphene. Their morphological, crystalline, thermal, and mechanical properties are analyzed, as well as their behavior against humidity and biodegradability. The results of this study will contribute to the development of innovative, sustainable, and functional materials, with applications in both regenerative medicine and the biodegradable packaging sector.[Resumo] O grafeno é un material que espertou grande interese na comunidade científica debido ás súas propiedades excepcionais, converténdoo nun aditivo clave na fabricación de produtos en diversos sectores, como a construción, os plásticos e os tecidos. Este estudo utiliza grafeno verde, obtido mediante pirólise controlada de biomasa vexetal, como unha alternativa sostible que reduce o impacto ambiental fronte aos métodos convencionais. Nesta tese doutoral, investígase a aplicación do grafeno verde como reforzo en biopolímeros para distintos usos. No campo biomédico, estúdase a súa incorporación en hidroxeles inxectables para a rexeneración tisular. Estes hidroxeles cumpren requisitos esenciais como a biocompatibilidade e a capacidade de proporcionar soporte estrutural ás células. Para o seu desenvolvemento, empregáronse carrageninas, goma de alfarrobeira e xelatina, cuxas propiedades físico-mecánicas e de biocompatibilidade foron avaliadas mediante ensaios de proliferación celular e citotoxicidade. Paralelamente, tendo en conta o grave problema ambiental derivado do uso de polímeros convencionais de orixe fósil na industria do embalaxe, esta tese doutoral tamén busca desenvolver novos biocompostos biodegradables baseados en amidón de millo plastificado con isosorbide e reforzado con grafeno verde. Analízanse as súas propiedades morfolóxicas, cristalinas, térmicas e mecánicas, así como o seu comportamento fronte á humidade e a súa biodegradabilidade. Os resultados deste estudo contribuirán ao desenvolvemento de materiais innovadores, sostibles e funcionais, con aplicacións tanto na medicina rexenerativa como no sector do embalaxe biodegradable.