Los investigadores crean un gel capaz de autocurarse como la piel humana
Abre la puerta a aplicaciones como la administración de fármacos, la cicatrización de heridas, los sensores robóticos blandos y la piel artificial
Todos nos encontramos con geles en la vida cotidiana: desde las sustancias blandas y pegajosas que nos ponemos en el pelo hasta los componentes gelatinosos de diversos alimentos. Aunque la piel humana comparte características gelatinosas, posee cualidades únicas muy difíciles de reproducir. Combina una gran rigidez con flexibilidad y tiene una notable capacidad de autocuración, que a menudo se completa en 24 horas tras una lesión.
Hasta ahora, los geles artificiales habían conseguido reproducir esta gran rigidez o las propiedades autocurativas de la piel natural, pero no ambas. Ahora, un equipo de investigadores de la Universidad de Aalto y la Universidad de Bayreuth son los primeros en desarrollar un hidrogel con una estructura única que supera las limitaciones anteriores, abriendo la puerta a aplicaciones como la administración de fármacos, la cicatrización de heridas, los sensores robóticos blandos y la piel artificial.
En el innovador estudio, los investigadores añadieron unas nanohojas de arcilla específica excepcionalmente grandes y ultrafinas a los hidrogeles, que suelen ser blandos y blandos. Las nanohojas de arcilla sintética fueron diseñadas y fabricadas por el profesor Josef Breu en la Universidad de Bayreuth (Alemania). El resultado es una estructura muy ordenada con polímeros densamente entrelazados entre las nanohojas, lo que no sólo mejora las propiedades mecánicas del hidrogel, sino que también permite que el material se autocure.
Curación por "entrelazamiento
El secreto del material no sólo reside en la disposición organizada de las nanohojas, sino también en los polímeros que se entrelazan entre ellas, y en un proceso tan sencillo como hornear. El investigador postdoctoral Chen Liang mezcló un polvo de monómeros con agua que contiene nanohojas. A continuación, la mezcla se colocó bajo una lámpara UV, similar a la que se utiliza para fijar el esmalte de uñas en gel. La radiación ultravioleta de la lámpara hace que las moléculas individuales se unan y todo se convierta en un sólido elástico, un gel", explica Liang.
El entrelazamiento significa que las finas capas de polímero empiezan a retorcerse entre sí como pequeños hilos de lana, pero en un orden aleatorio", añade Hang Zhang, de la Universidad de Aalto. Cuando los polímeros están completamente entrelazados, no se distinguen unos de otros. Son muy dinámicos y móviles a nivel molecular, y cuando los cortas, empiezan a entrelazarse de nuevo".
Cuatro horas después de cortarlo con un cuchillo, el material ya se ha autocurado en un 80 o 90 por ciento. Al cabo de 24 horas, suele estar completamente reparado. Además, un hidrogel de un milímetro de grosor contiene 10.000 capas de nanohojas, lo que hace que el material sea tan rígido como la piel humana y le confiere un grado comparable de elasticidad y flexibilidad.
Los hidrogeles rígidos, resistentes y autorregenerables han sido durante mucho tiempo un reto. Hemos descubierto un mecanismo para reforzar los hidrogeles convencionalmente blandos. Esto podría revolucionar el desarrollo de nuevos materiales con propiedades bioinspiradas", afirma Zhang.
Inspirarse en la naturaleza
Este trabajo es un ejemplo apasionante de cómo los materiales biológicos nos inspiran para buscar nuevas combinaciones de propiedades para materiales sintéticos. Imaginemos robots con pieles robustas y autorreparables o tejidos sintéticos que se reparen de forma autónoma", dice Olli Ikkala, de la Universidad de Aalto. Y aunque aún queda camino por recorrer antes de su aplicación en el mundo real, los resultados actuales representan un salto fundamental. Es el tipo de descubrimiento fundamental que podría renovar las reglas del diseño de materiales".
La colaboración estuvo dirigida por Hang Zhang, Olli Ikkala y Josef Breu.
La clave para conseguir una gran resistencia es la adición de nanohojas de arcilla ultragrandes y finas que se hinchan de forma extremadamente uniforme con el agua". Para visualizar el fenómeno a nanoescala, podemos imaginarnos separando una pila de papel de impresora a una distancia uniforme de 1 mm. A continuación, los polímeros se aprietan entre las nanohojas", añade Breu.
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