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| Crédito: Zehuan Huang |
Investigadores han desarrollado un material gelatinoso que puede soportar el equivalente a un elefante parado sobre él, y recuperar completamente su forma original, aunque sea 80% agua.
El material, suave, pero resistente, desarrollado por un equipo de la Universidad de Cambridge, tiene el aspecto y el tacto de una gelatina blanda, pero actúa como un cristal ultraduro e inastillable cuando se comprime, a pesar de su alto contenido en agua. La parte no acuosa del material es una red de polímeros unidos por interacciones reversibles de encendido y apagado que controlan las propiedades mecánicas del material.
La "superjalea" podría utilizarse para una amplia gama de aplicaciones potenciales, como la robótica blanda, la bioelectrónica o incluso como sustituto del cartílago para uso biomédico. Los resultados se publican en la revista Nature Materials.
El comportamiento de los materiales, ya sean blandos o firmes, frágiles o resistentes, depende de su estructura molecular. Los hidrogeles elásticos, parecidos a la goma, tienen muchas propiedades interesantes que los convierten en objeto de investigación, como su dureza y capacidad de autocuración, sin embargo, fabricar hidrogeles que resistan la compresión sin ser aplastados es todo un reto.
"Para fabricar materiales con las propiedades mecánicas que deseamos, utilizamos reticuladores, en los que dos moléculas se unen mediante un enlace químico", explica el Dr. Zehuan Huang, del Departamento de Química Yusuf Hamied, primer autor del estudio.
"Utilizamos reticuladores reversibles para fabricar hidrogeles blandos y elásticos, pero fabricar un hidrogel duro y comprimible es difícil y diseñar un material con estas propiedades es totalmente contrario a la intuición".
"Con un 80% de contenido de agua, uno pensaría que se rompería como un globo de agua, pero no es así: se mantiene intacto y soporta enormes fuerzas de compresión", afirma Scherman, director del Laboratorio Melville de Síntesis de Polímeros de la Universidad.
"El modo en que el hidrogel resiste la compresión fue sorprendente, no se parecía a nada de lo que habíamos visto en hidrogeles", dijo la coautora, la Dra. Jade McCune, también del Departamento de Química.
Para fabricar sus hidrogeles de aspecto vítreo, el equipo eligió moléculas invitadas específicas para las esposas. La alteración de la estructura molecular de las moléculas invitadas dentro de la manilla permitió que la dinámica del material se "ralentizara" considerablemente, con lo que el rendimiento mecánico del hidrogel final osciló entre los estados de goma y los de vidrio.
"La gente lleva años fabricando hidrogeles parecidos a la goma, pero eso es sólo la mitad del asunto", dijo Scherman.
Los investigadores del laboratorio de Scherman trabajan actualmente en el desarrollo de estos materiales similares al vidrio para aplicaciones biomédicas y bioelectrónicas en colaboración con expertos en ingeniería y ciencia de los materiales. La investigación fue financiada en parte por el Leverhulme Trust y una beca Marie Skłodowska-Curie.
Fuentes, créditos y referencias:
Zehuan Huang et al, Highly compressible glass-like supramolecular polymer networks, Nature Materials (2021). DOI: 10.1038/s41563-021-01124-x