MADRID, 7 Mar. (EUROPA PRESS) -
Investigadores de la Universidad Aalto y la Universidad de Bayreuth son los primeros en desarrollar un hidrogel con una estructura única que replica a la vez las dos cualidades únicas de la piel humana: alta rigidez y autocuración.
Todos nos encontramos con geles en la vida diaria: desde las sustancias suaves y pegajosas que nos ponemos en el pelo hasta los componentes gelatinosos de diversos alimentos. Si bien la piel humana comparte características gelatinosas, sus propiedades son muy difíciles de reproducir. Combina una gran rigidez con flexibilidad y tiene una capacidad de autocuración notable, que a menudo se cura por completo en 24 horas después de una lesión. Hasta ahora, los geles artificiales han logrado replicar esta alta rigidez o las propiedades de autocuración de la piel natural, pero no ambas. El nuevo hidrogel supera las limitaciones anteriores, abriendo la puerta a aplicaciones como la administración de medicamentos, la curación de heridas, los sensores robóticos blandos y la piel artificial.
En el estudio innovador, los investigadores agregaron nanoláminas de arcilla específicas excepcionalmente grandes y ultrafinas a los hidrogeles, que normalmente son suaves y blandos. El resultado es una estructura altamente ordenada con polímeros densamente entrelazados entre nanoláminas, que no solo mejoran las propiedades mecánicas del hidrogel, sino que también permiten que el material se autocure. La investigación se publicó en la prestigiosa revista Nature Materials.
CURACIÓN MEDIANTE 'ENTRELAZAMIENTO'
El secreto del material no solo reside en la disposición organizada de las nanoláminas, sino también en los polímeros que se entrelazan entre ellas, y en un proceso tan simple como hornear. El investigador postdoctoral Chen Liang mezcló un polvo de monómeros con agua que contiene nanoláminas. Luego, la mezcla se colocó bajo una lámpara UV, similar a la que se usa para fijar el esmalte de uñas en gel. "La radiación UV de la lámpara hace que las moléculas individuales se unan de modo que todo se convierte en un sólido elástico, un gel", explica Liang .
"El entrelazamiento significa que las finas capas de polímero comienzan a retorcerse unas sobre otras como pequeños hilos de lana, pero en un orden aleatorio", agrega Hang Zhang, de la Universidad Aalto. "Cuando los polímeros están completamente entrelazados, no se pueden distinguir entre sí. Son muy dinámicos y móviles a nivel molecular y, cuando los cortas, comienzan 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. Después de 24 horas, normalmente está completamente reparado. Además, un 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 le da un grado comparable de elasticidad y flexibilidad.
"Los hidrogeles rígidos, fuertes y autocurativos han sido un desafío durante mucho tiempo. Hemos descubierto un mecanismo para fortalecer los hidrogeles tradicionalmente blandos. Esto podría revolucionar el desarrollo de nuevos materiales con propiedades de inspiración biológica", dice Zhang.
INSPIRÁNDOSE EN LA NATURALEZA
"Este trabajo es un ejemplo emocionante de cómo los materiales biológicos nos inspiran a buscar nuevas combinaciones de propiedades para los materiales sintéticos. Imaginemos robots con pieles robustas y autocurativas o tejidos sintéticos que se reparen de forma autónoma”, afirma Olli Ikkala, de la Universidad Aalto. Y aunque puede que todavía quede mucho camino por recorrer antes de que se apliquen 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".