1

nanoencapsulacio

L’experiència apropa els alumnes al procés d’encapsulació a través de l’elaboració de càpsules a escala macro, i facilita la construcció del concepte del procés d’encapsulació. Mitjançant preguntes sobre el propi procés els alumnes dedueixen les propietats dels nanoencapsulants, com a punt de partida per reflexionar sobre el procés d’encapsulació a nivell micro i nano, Els alumnes busquen informació sobre les aplicacions de la nanoencapsulació a diferent escala en els sectors de la cosmètica, l’alimentari i el textil. Finalment a partir d’imatges de productes quotidians prediuen quins poden contenir nanopartícules

Descripcio i mapa curricular

2

Continguts treballats

3

NOTA: Aquestes orientacions són indicatives. Els continguts relacionats amb la nanotecnologia presents a la fitxa poden permetre la seva aplicació a d’altres àrees i nivells, a partir d’adaptacions específiques.

NanoEduca som:

Finançat per:

4

Per a què dissenyem aquests materials?La finalitat última és que l’alumnat sigui capaç de resol-dre problemes reals aplicant coneixements científics.

Què volem que aprenguin els alumnes amb aquest material?(Els objectius han d’estar associats a les activitats. Cada activitat

no hauria d’estar relacionada amb més de dos objectius)

1. Explicar què és i com es produeix l’encapsulació.2. Relacionar les principals aplicacions de l’encapsulació segons la mida (macro-, micro-, nano- encapsulació).3. Identificar quines són les aplicacions actuals de la nanoencapsulació.4. Fer una encapsulació a escala macro.

Quina és la situació de partida o el context? Nanotecnologia en la indústria tèxtilhttp://www.vanitatis.elconfidencial.com/estilo/belle-za/2014-10-15/adelgazan-hidratan-y-perfuman-aho-ra-tus-vaqueros-lo-hace-todo-por-ti_239265/

Nanotecnologia present en la cosmètica, els aliments i altres sectors.https://www.ainia.es/web/ainiaactualidad/inicio/-/ar-ticulos/Tc1l/content/la-microencapsulacion-vanguar-dia-tecnologica-con-gran-potencial-para-la-industria

Seqüència de demostracions (La seqüència s’ha de tancar donant resposta a la situa-ció de partida o context inicial)- Activitat experimental encapsulació- Activitats conceptuals i de reflexió- Activitat: tornar a la situació o a l’activitat de partida de la seqüència didàctica.

nanoencapsulacio

activitat 1(relacionada amb Obj. 1, 2, 4)

- Aprendre mitjançant la realització d’una gelificació en què consisteix un encapsulat.

5

activitat 2(relacionada amb Obj. 2 y 3)

activitat 3(relacionada amb Obj. 3)

- Activitat per a tornar a la situació o activitat de partida de la seqüència didàctica.

Una encapsulació és l’aïllament d’un compost a l’interior de partícules que poden ser de mida micro o nano, de manera que podem parlar de microencapsulació o nanoencapsulació. Com a conseqüència de l’aïllament es crea un material format per partícules que a l’interior contenen altres partícules, productes químics o productes biològics, de manera que s’obté un material de tipus core-shell, en què el shell és la coberta o material encapsulant i el core o nucli és el material que queda encapsulat.

A continuació es farà una encapsulació a escala macro, de manera que puguis tocar i estudiar com és el material que s’obté. Es fa l’encapsulació d’un líquid a l’interior d’un polímer o gel. Per fer-ho es necessita:- ½ litre de refresc de cola- 2,5 g d’alginat de sodi- 6 grams de clorur de calci- ½ litre d’aigua- Xeringa o pipeta

Es preparen dues dissolucions per separat. En la primera es dissol l’alginat de sodi en el refresc de cola, i en la segona es dissol el clorur de calci en aigua.

Amb la xeringa o la pipeta s’afegeix la dissolució de cola i alginat sobre la dissolució de clorur de calci, gota a gota.

activitat 1Obj. 1. Explicar què és i com es produeix l’encapsulat.

Obj. 2. . Relacionar les principals aplicacions de l’encapsulat segons el tamany (macro-, micro-, nano- encap-

sulat).

Obj. 4. Realitzar un encapsulat a escala macro.

6pág. 6

A mesura que s’afegeixen les gotes es produeix la gelificació. Es filtren les boles obtingudes amb un colador i es renten.

- Què passa quan les aixafem?

En entrar en contacte els dos líquids es forma una pel·lícula de gel d’alginat al voltant de la gota de dissolució de refresc que deixa al seu interior encapsulat part del refresc.

- Si definim aquestes perles com un material de tipus core-shell, quina substància seria el shell? - I quina el core?- Creus que té cap avantatge aquesta tècnica? Quins?

Aquesta encapsulació d’un líquid s’utilitza en la cuina gurmet per obtenir aliments líquids aïllats en esferes amb les quals decoren plats i postres. Aquestes perles ajuden els cuiners a tancar sabors que mostren tota la seva intensitat quan entren a la boca, de manera que es poden introduir sabors sense que tot el plat tingui aquest sabor.

A escala micro o nano, l’encapsulació permet aïllar compostos de l’ambient i altres compostos presents en una mescla, impedint que reaccionin entre si. D’aquesta manera s’aconsegueix modificar les característiques i propietats del compost encapsulat.

Les micro- i nanoencapsulacions es diferencien en la mida del material final, que va des dels 50 nm fins als 2 mm. Les propietats del material final depenen molts cops de la mida; això s’ha de tenir en compte en funció de l’aplicació que li vulguem donar. Per exemple, si busquem que aquestes encapsulacions estiguin repartides per un altre material de la manera més uniforme possible s’intentarà aconseguir la nanoencap-sulació en lloc de la microencapsulació. D’altra banda, segons l’aplicació, podem necessitar que el compost travessi determinades membranes amb una mida concreta, la qual cosa determinarà l’ús de la micro- o la nanoencapsulació.

En funció dels avantatges que hagis pensat amb els companys, se t’acut algun sector industrial que pugui incloure una micro- o una nanoencapsulació per millorar els seus productes?

7pág. 7

Amb aquesta primera activitat s’intenta apropar el procés d’encapsulació als alumnes. Per fer-ho, es co-menten els aspectes teòrics i es duu a terme una encapsulació a escala macro, de manera que els alumnes tinguin una idea visual del concepte en-capsular.

Per a aquesta encapsulació cal preparar :- ½ litre de refresc de cola- 2,5 g d’alginat de sodi- 6 grams de clorur de calci- ½ litre d’aigua- Xeringa o pipeta- Dos recipients per a les barreges- Placa per agitar, per facilitar la preparació de dis-solucions- Colador- Aigua neta per netejar

L’alginat és un polisacàrid format per dos mono-sacàrids, l’àcid gulurònic i l’àcid manurònic, i s’obté d’algunes algues de la família de les feofícies. Té una funció lligant i s’utilitza en la indústria alimentària des de fa anys.

El que es fa és el que s’anomena esferificació i es tracta d’una tècnica de gelificació amb la qual podem encapsular el refresc de cola dins d’una membrana de gel d’alginat i obtenir una esfera co-mestible de sabor i textura especial. En concret, aquesta tècnica rep el nom d’esferificació directa i consisteix a submergir un aliment líquid barrejat prèviament amb alginat en una solució d’aigua i sals de calci.

En deixar caure gota a gota la dissolució de cola i alginat sobre una dissolució de CaCl2, es forma la xarxa d’alginat càlcic i s’obtenen les gotes amb forma esfèrica, líquides a l’interior i consistents a la superfície a causa de la gelificació de l’alginat en entrar en contacte amb el calci.

En aquesta encapsulació, la coberta o shell és el gel d’alginat i el nucli o core és el refresc de cola.

Cal recordar que amb aquesta encapsulació estem aïllant un líquid. Amb una micro- o nanoencapsula-ció el que aïllem són compostos concrets.

Alguns dels avantatges d’encapsular són:- Facilita la manipulació, ja que es millora la dispersió en el material desitjat.- Evitar l’evaporació d’ingredients volàtils, com po-den ser aromes.- Emmascarar sabors i olors desagradables.- Controlar l’alliberament del producte encapsulat.

Les propostes d’aplicacions s’han de comentar en-tre tots en el grup encara que es proposin de ma-nera individual o en grups petits. Això fomentarà la participació dels alumnes en debats amb els seus companys.

A les aplicacions que sorgeixin s’hi poden afegir comentaris sobre si seria millor una nano o una microencapsulació, i el perquè.

Motiu de les accions i orientacions per al professorat

88

activitat 2Obj. 2. Relacionar las principales aplicaciones de la encapsulación según el tamaño (macro-, micro-, nano- en-

capsulación).

Obj. 3. Identificar quines són les aplicacions actuals de la nanoencapsulació.

Quan encapsulem un compost, principalment busquem aïllar-lo de la resta, però alhora estem deixant com a recobriment d’aquest un altre material.

Per tant, abans d’encapsular un compost s’ha de tenir en compte amb quin material quedarà encapsulat, quines propietats té aquest material i en quina aplicació s’utilitzarà l’encapsulació.

Dos dels grans sectors en els quals es fan servir materials micro i nanoencapsulats són l’alimentació i els cosmètics. Aquests materials encapsulants, a més d’altres propietats generals, com que estan en contacte directe amb el nostre organisme, cal que compleixin altres propietats més específiques.

- Se t’acut quines propietats haurien de complir aquests materials?

Alguns dels materials més utilitzats per a l’encapsulació d’actius alimentaris i cosmètics són polisacàrids (midó, ciclodextrines, gomes, agar...), polisacàrids (acetoftalat de cel·lulosa), lípids (cera, parafines...) o pro-teïnes (gliadina, gelatines, albúmines...).

- Indica les principals raons per les quals creus que s’utilitzen els materials esmentats per a la micro i la nanoencapsulació en aquests productes.

En l’activitat anterior hem fet una encapsulació, que es coneix com a gelificació. A més d’aquest tipus d’en-capsulació n’hi ha altres tipus que podem classificar en funció de si es fa una encapsulació química o física.

Els procediments físics (també coneguts com mètodes top-down) són aquells que parteixen d’una ma-tèria més gran i que en estirar-la o trossejar-la s’obté material d’una mida micro o nano. És a dir, el material de mida micro o nano s’obté per procediments físics o mecànics a partir d’un material de la mateixa composició però d’una mida més gran.

Els mètodes químics (mètodes bottom-up) es diferencien dels anteriors perquè en aquesta encapsulació unes molècules s’uneixen amb unes altres fins a formar la pel·lícula de la mida requerida (nano o micro).

- A quin mètode creus que pertany la gelificació de la primera activitat?

9

En aquesta segona activitat es donen a conèixer als alumnes les principals propietats que ha de tenir el ma-terial encapsulant (shell) i algunes de les principals tèc-niques d’encapsulació.

Amb aquesta activitat es pretén que quedi clar que quan encapsulem estem introduint un nou material que ajuda a aïllar el compost desitjat, però que té unes pro-pietats que cal tenir en consideració.

Propietats essencials de l’encapsulant:

• Ser biodegradable, biocompatible i no tòxic ja que estarà en contacte amb el nostre organisme i ha de poder ser eliminat de manera natural un cop introduït.

• Ser inert respecte al material encapsulat. En cas con-trari, si es produeix una reacció amb el material en-capsulat es formarà un compost diferent dels reactius i la principal funció d’encapsular, que recordem que era introduir el material que encapsulem, no es complirà.

• Ha de protegir el material actiu ja que no serviria de res encapsular un compost si, malgrat això, queda ex-posat a factors que alterin les seves propietats, fins i tot quan és a l’interior de l’encapsulant.

• Ha de facilitar el processament i la manipulació del

producte en condicions acceptables en la indústria ali-

mentària o cosmètica, és a dir, per dur a terme l’encap-sulació aquesta s’ha de fer sempre en condicions que compleixin totes les exigències de la legislació pel que fa al processament d’aliments i cosmètics.

• És preferible utilitzar com a material encapsulant (sem-pre que sigui possible) un que ja estigui present en els aliments o en els preparats de cosmètics, per tal de no variar-ne gaire la composició.Altres propietats que ha de complir l’encapsulant de-penen de l’aplicació final que es requereixi per a les encapsulacions. Per exemple, si parlem de l’encapsulació de nutrients com a suplement alimentari hem d’assegu-rar que aquests es poden alliberar en un temps suficient per ser absorbits per l’organisme i que no quedaran retinguts a l’interior i seran eliminats.

Per a aplicacions en cosmètica una altra propietat seria, per exemple en cremes, que en fondre’s l’encapsulant per alliberar el principi actiu, no deixi restes i es barregi amb la matriu del producte o bé que aporti per si ma-teix algun altre benefici.

En mirar detingudament els materials més utilitzats com a encapsulants es pot observar que molts són d’origen natural, cosa que ajuda a fer que compleixin el primer requisit de la llista de propietats (biodegradables i bio-compatibles).

Motiu de les accions i orientacions per al professorat

10

activitat 3Obj. 3. Identificar cuáles son las aplicaciones actuales de la nanoencapsulación.

Observa aquests productes que utilitzes en el teu dia a dia:

- Pensa si n’hi ha cap que pugui contenir nanopartícules encapsulades. Quina seria la seva funció?

Busca informació sobre aquests productes i posa-la en comú amb la resta dels companys. Tal com comprovaràs en la teva cerca d’informació, la micro/nanoencapsulació té una infinitat d’apli-cacions.

-Torna a llegir la notícia inicial i intenta proposar altres possibles aplicacions de l’encapsulació en la indústria tèxtil.

11

En aquesta activitat es donen a conèixer dos sectors en els quals ja s’utilitza la tecnologia d’encapsulació per millorar les propietats dels seus productes.

Un cop fet això, es demana als alumnes que reflexionin sobre les possibilitats de l’encapsulació i que intentin identificar productes que utilitzin en el dia a dia que continguin partícules encapsulades. Són molt nombroses les aplicacions actuals d’aquestes micro- i nanoencapsulacions. S’han triat tres sectors que són el cosmètic, l’alimentari i el tèxtil, però tam-bé s’utilitza en la indústria farmacèutica. A continuació s’indiquen algunes de les aplicacions que trobaran els alumnes en la cerca d’informació proposada. Si no és possible que els alumnes busquin la informació mentre es fa l’activitat, la pot aportar el professor mateix.

El sector industrial de la cosmètica. Aquest sector és un dels més punters pel que fa a la recerca i, per descomptat, en el camp de la nanotecno-logia no es queda enrere, ja que és la indústria en què hi ha registrades més patents nanotecnològiques. Aquest sector no només comprèn el que anomenem general-ment com a cosmètics (maquillatge), sinó que inclou també els productes d’higiene personal. En molts anun-cis d’aquests productes cosmètics s’afirma que tenen determinades característiques com blanquejar les dents, perdurar la fragància durant més temps i protegir la pell o els cabells, entre d’altres. Com ho aconsegueixen?

• Pastes de dents que contenen partícules encapsu-lades que actuen com a il·luminadors òptics capaços de reflectir la llum i fer que les dents semblin més blanques.• Col·lutoris bucals que contenen nanocàpsules que aïllen principis actius i que s’alliberen de manera controlada en el temps per donar sensació de fres-cor durant hores.

• Fragàncies que encapsulen aromes i que els alli-beren de manera controlada per fer perdurar l’olor durant més temps.• Gels i xampús que acostumen a incloure nanocàp-sules que contenen els principis actius, per assegurar la seva conservació al llarg del temps i que, a més, permeten la degradació de l’embolcall quan estan en contacte amb el sèu cutani.• Desodorants amb nanocàpsules que tanquen la fra-gància i que s’activen en diferents situacions, com ara amb l’estrès (més moviment).• Cremes que reparteixen el principi actiu sobre a pell i/o els cabells quan es fon el material encapsulant per efecte de cisallament en repartir-lo, d’aquesta manera s’evita la degradació del principi actiu durant el temps o l’exposició a les condicions ambientals.

En el sector alimentari les aplicacions comercials estan dirigides en dues pos-sibles direccions: introduir en un aliment un compost amb determinades funcions que ens beneficiarien biològicament i que prèviament no conté (o el conté en menys quantitat), o bé aïllar un compost amb funcions perjudicials per al nostre organisme de manera que pu-gui ser eliminat sense ser absorbit en una quantitat més elevada que si no estigués encapsulat.

• Llet que inclou ferro encapsulat com a suplement alimentari, de manera que l’organisme l’absorbeix d’una manera més eficaç ja que aquestes nanocàp-sules són capaces de distribuir-se millor per l’orga-nisme. La introducció de suplements en aliments tan comuns com la llet permet millorar l’alimentació sense introduir aliments nous en la dieta.• Refrescs que inclouen colorants basats en pro-ductes naturals que afegeixen funcions biològiques (antioxidant, per exemple) amb la seguretat que aquesta funció es mantingui ja que estan protegits a l’interior de nanocàpsules.

Motiu de les accions i orientacions per al professorat

12

• Tes enriquits amb metalls com el seleni s’han co-mercialitzat a la Xina per suplir el dèficit d’aquest metall en l’alimentació de la població.• Aperitius que contenen nutrients encapsulats per aconseguir que s’alliberin de manera controlada al llarg del temps i que, per exemple, aconsegueixen reduir la sensació de fam.• Aliments en conserva. La introducció d’additius con-servants en forma de micro i nanocàpsules permet el seu alliberament continu i controlat durant el temps de manera que és possible introduir menys quantitat de conservants en aquests aliments sense reduir la seguretat que es conservaran correctament.

L’encapsulació suposarà igualment una revolució en la indústria tèxtil, per exemple, en teixits que ens ajuden a

hidratar-nos o tonificar-nos mentre els portem posats o que inclouen perfums que s’alliberen gradualment. Es pot proposar als alumnes que vagin més enllà del que s’ha comentat i que pensin aplicacions en altres indús-tries i en àmbits diferents. L’ús de la nanotecnologia en alimentació i en productes de la higiene pot suscitar diferents opinions sobre el seu benefici o perjudici. Es pot plantejar igualment un debat sobre el tema amb arguments a favor i en contra.Per acabar, es proposa tornar a llegir la notícia de parti-da i intentar proposar altres aplicacions de l’encapsula-ció en la indústria tèxtil, per exemple, per a aplicacions en teixits sanitaris que puguin curar o tractar malalties de la pell.

NanoEduca som:

Finançat per: