11 de agosto de 2025
Los homogeneizadores GEA potencian las biotintas para la medicina regenerativa
A GEA le apasiona el impulso de la innovación en procesado industrial para demostrar realmente el propósito “Engineering for a better world” de la empresa en diversos sectores, desde plantas cerveceras hasta biomedicina. A los ingenieros de la empresa también les gustan los retos. Así que cuando, a principios de la década de 2020, los científicos de la Universidad Tecnológica de Graz se pusieron en contacto con GEA para configurar un proceso de homogeneización y una tecnología que les permitiera convertir la pulpa de eucalipto en estructuras orgánicas impresas en 3D que imitaran las venas, arterias y otros tejidos humanos, GEA estableció una colaboración con el equipo de la universidad y se puso manos a la obra.
El equipo de GEA pasó tiempo con los científicos aprendiendo sobre sus investigaciones, retos y objetivos, para que pudieran comprender realmente el papel fundamental que desempeña la homogeneización en la creación de fibras de celulosa nanoestructuradas a partir del material de eucalipto despulpado. En tan solo un par de años, en colaboración con el director académico del proyecto, la Prof. Dr. Mag. Karin Stana Kleinschek, doctora y vicedirectora del Instituto de Química y Tecnología de Sistemas Biobasados (IBioSys) de la universidad, el equipo desarrolló un robusto proceso de homogeneización. Permite a los investigadores procesar la nanocelulosa derivada del eucalipto como “tinta” líquida
Estas tintas a base de nanocelulosa pueden imprimirse en 3D en estructuras que reproducen la biomecánica anisotrópica de distintos tejidos humanos, como vasos sanguíneos y tráqueas, explica el doctor Rupert Kargl, profesor adjunto de IBioSys. Tras las pruebas adecuadas, estos “tejidos” derivados de plantas, generados a partir de recursos renovables, podrían utilizarse para preparar modelos de órganos que se asemejen a la anatomía y la biomecánica de las arterias de los pacientes. “Estos modelos pueden ser utilizados por los cirujanos para planificar intervenciones cardiovasculares y adaptar los implantes a la anatomía del paciente”, afirma Kargl.
Estos modelos pueden ser utilizados por los cirujanos para planificar intervenciones cardiovasculares y adaptar los implantes a la anatomía del paciente.
Doctor Rupert Kargl
Profesor adjunto en IBioSys
Prof. Dr. Mag. La doctora Karin Stana Kleinschek, vicedirectora del Instituto de Química y Tecnología de Sistemas Biobasados (IBioSys) de la universidad, a la izquierda, habla con la Dra. Silvia Grasselli, directora de tecnología de procesos de homogeneización de GEA.
Equipo a medida: un homogeneizador GEA Panther 3006
Para su proyecto en curso, el equipo universitario adquirió en 2024 un homogeneizador GEA Panther 3006, un sistema compacto que puede procesar hasta 50 litros de tinta de nanocelulosa cada hora. Las emulsiones de nanocelulosa son difíciles de bombear y los homogeneizadores estándar como los que se utilizan para procesar productos lácteos, por ejemplo, no son adecuados. Así, para el proceso de nanocelulosa de la universidad, GEA diseñó y configuró una unidad Panther optimizada para manipular el material, y el sistema incluye también la bomba de llenado y la refrigeración.
La Dra. Silvia Grasselli, directora de tecnología de procesos de homogeneización de GEA, ha encabezado la colaboración para la homogeneización de la nanocelulosa con Stana Kleinschek y el equipo de IBioSys. Explica que para desarrollar el proceso y el sistema homogeneizador en paralelo, GEA empezó realizando pruebas de muy bajo volumen en el centro de excelencia de homogeneización GEA, demostrando la viabilidad del proceso en sí y ajustando los parámetros del proceso y la configuración del homogeneizador y sus componentes.
A continuación, los ingenieros optimizaron el proceso y la tecnología a mayor escala, y abordaron los posibles retos, sobre todo los relacionados con la capacidad de bombeo de la emulsión de celulosa y agua. Los representantes de GEA también viajaron a la universidad en 2024 para instalar in situ el homogeneizador de sistema Panther 3006, realizar y comprobar la configuración del sistema y ayudar a capacitar al equipo de Stana Kleinschek en su uso.
La configuración del homogeneizador es autónoma y de fácil manejo para que el equipo universitario lo opere, programe y mantenga día a día. Y lo que es más importante, los científicos pueden ajustar el proceso de homogeneización para ayudar a crear fibras de nanocelulosa y tintas de impresión en 3D estructuradas con precisión, lo que permite diseñar las propiedades deseadas en sus productos finales.
Una impresora 3D cargada con la biotinta de nanocelulosa del equipo imprime una estructura tubular.
Facilitar la ciencia de los materiales a partir de los primeros principios
“De hecho, la nanocelulosa puede comprarse parcialmente procesada, pero la profesora Stana Kleinschek estaba interesada en diseñar los materiales a partir de los primeros principios”, afirma Grasselli. “Con nuestra tecnología, los científicos pueden adaptar la receta y seguir investigando los efectos del pretratamiento y la homogeneización en las propiedades y la estructura del material. Les proporciona un mayor control del proceso, como la fuente de fibra y el pretratamiento, y una visión de cómo la homogeneización influye en la estructura de la nanocelulosa y en la reología del material y de las piezas finales impresas en 3D”.
Kargl aprecia especialmente cómo pueden modificarse la presión, la concentración de fibras, el número de ciclos y la temperatura. ”La materia prima, el pretratamiento, el número de ciclos y la presión son los factores que más influyen en el tamaño de la fibra y la reología de la tinta”, afirma.
El Ing. Dr. Florian Lackner, asistente universitario en IBioSys, muestra un poco de pulpa seca de eucalipto de fibra corta.
Los investigadores del instituto combinan su experiencia en química y tecnología de materiales de base biológica, trabajando en el desarrollo de métodos para derivar, sintetizar y modificar productos naturales bioactivos a partir de fuentes renovables. Las posibles aplicaciones son muchas, incluyendo su uso en impresión 3D, recubrimiento y sustancias tensioactivas, en campos que van desde dispositivos biomédicos e implantes hasta envases, textiles, cosméticos y revestimientos de papel.
Totalmente adaptable y colaborativo
“La colaboración en curso entre GEA y el equipo del Instituto IBioSys es especialmente emocionante porque los investigadores de la universidad están a la vanguardia de la investigación y el desarrollo de materiales de base biológica”, afirma Grasselli. “Están conectados con investigadores, tanto dentro del centro tecnológico como externamente, en campos relacionados o afines, y nosotros estamos aquí para trabajar con ellos y aportar nuestra experiencia y tecnologías de procesado para ayudar a acelerar la investigación y el desarrollo en una amplia gama de campos innovadores de productos y aplicaciones de base biológica”.
La colaboración en curso entre GEA y el equipo del Instituto IBioSys es especialmente emocionante porque los investigadores de la universidad están a la vanguardia de la investigación y el desarrollo tecnológico de materiales de sistemas de base biológica.
Silvia Grasselli
Directora de tecnología de procesos, homogeneización en GEA
