Los investigadores han creado un hidrogel único que es a la vez resistente y autocurativo, gracias a entrelazamientos de polímeros mejorados con nanoláminas. El material, que puede repararse a sí mismo en cuestión de horas, podría revolucionar la piel artificial, la robótica y las aplicaciones médicas.
Los geles se pueden encontrar en todo, desde productos para el cabello hasta alimentos con textura gelatinosa. Si bien la piel humana tiene algunas cualidades similares a las de un gel, es difícil de replicar. La piel es rígida y elástica y tiene una capacidad extraordinaria para curarse a sí misma, a menudo reparándola por completo dentro de las 24 horas posteriores a la lesión.
Hasta ahora, los geles artificiales sólo podían imitar la dureza de la piel o su capacidad para repararse a sí misma, pero no ambas. Un equipo de investigación de la Universidad Aalto y la Universidad de Bayreuth ha superado esta limitación. Han desarrollado un hidrogel con una estructura única que combina fuerza y capacidades de autocuración, allanando el camino para avances en la administración de fármacos, la curación de heridas, la robótica blanda y la piel artificial.
En este estudio innovador, los investigadores mejoraron un hidrogel añadiendo nanoláminas de arcilla grandes y ultrafinas. Los hidrogeles suelen ser blandos, pero el nuevo material forma una estructura muy ordenada con polímeros densamente enredados entre nanoláminas. Esto no sólo fortalece el hidrogel, sino que también le permite curarse a sí mismo después del daño.
La investigación fue publicada hoy (7 de marzo) en la prestigiosa revista Nature Materials.
El secreto de este material reside no sólo en la disposición ordenada de las nanoláminas, sino también en la maraña de polímeros entre las nanoláminas y en un proceso tan simple como el horneado. El investigador postdoctoral Chen Liang mezcló el polvo de monómero con agua que contenía las nanohojas. Luego, la mezcla se coloca debajo de una lámpara UV, una lámpara de peinado similar al esmalte de uñas en gel. "La radiación ultravioleta de la lámpara UV hace que las moléculas individuales se unan entre sí, convirtiendo todo en un sólido elástico: un gel", explicó Liang.
Zhang Hang, de la Universidad de Aalto, añadió: "El entrelazamiento significa que las finas capas de polímero comienzan a entrelazarse entre sí como pequeños hilos de lana, pero en un orden aleatorio. Cuando los polímeros están completamente entrelazados, son indistinguibles entre sí. Son muy activos y móviles a nivel molecular, y cuando los cortas, comienzan a entrelazarse nuevamente".
Cuatro horas después de ser cortado con un cuchillo, el material ya tenía un 80% o 90% de autocuración. Además, el hidrogel de un milímetro de espesor contiene 10.000 capas de nanoláminas, lo que hace que el material sea tan rígido como la piel humana y tenga el mismo grado de elasticidad y flexibilidad.
"La rigidez, la resistencia y las propiedades de autocuración de los hidrogeles han sido un desafío durante mucho tiempo. Hemos descubierto un mecanismo que fortalece los hidrogeles blandos tradicionales. Esto revolucionará el desarrollo de nuevos materiales con propiedades bioinspiradas".
"Este trabajo es un ejemplo apasionante de cómo los biomateriales pueden inspirarnos a encontrar nuevas combinaciones de propiedades para los materiales sintéticos. Imaginemos robots con piel duradera y autorreparable o tejidos sintéticos capaces de repararse de forma autónoma", dijo Olli Ikkala, de la Universidad de Aalto. Aunque las aplicaciones prácticas pueden estar aún lejos, los resultados actuales representan un avance crítico. Este es un descubrimiento fundamental que podría actualizar las reglas de diseño de materiales.
Compilado de /scitechdaily