Dispositivos lo suficientemente flexibles para llevarlos cómodamente, lo suficientemente sensibles como para medir un pulso y transparentes y, por lo tanto, apenas perceptibles, son una perspectiva atractiva para una amplia gama de aplicaciones, desde la monitorización biométrica hasta interfaces de usuario de manos libres. Sin embargo, las propiedades del material requeridas siguen siendo una tarea difícil. Gran parte de la investigación se ha centrado en las posibilidades de los polímeros conductores sintéticos o los nanomateriales conductores combinados con sustratos flexibles o elásticos. pero ninguno hasta ahora ha podido cumplir simultáneamente con la electrónica, demandas ópticas y mecánicas de estas aplicaciones. Ahora, reportando en Materiales funcionales avanzados Investigadores de Canadá y China sugieren que una sustancia derivada de la clara de huevo podría superar a otras alternativas más costosas desde el punto de vista económico y ambiental.

Transiciones de fase básicas

Malcolm Xing, investigador de la Universidad de Manitoba en Canadá, Primero centró su atención en las claras de huevo mientras reflexionaba sobre los bioadhesivos. "Un día, cuando rompí un huevo para preparar una comida a base de huevo, Encontré la clara de huevo, transparente y pegajoso, siempre permaneció en el caparazón interior, "explica Xing. Investigaciones posteriores revelaron que un material aglutinante de hidrogel formado a partir de la clara de huevo podía soportar el peso de masas de 6 kg, incluso bajo el agua. Pero surgieron más sorpresas cuando las cadenas de aminoácidos de la clara de huevo reticuladas en el hidrogel no se establecieron. Xing y sus colaboradores descubrieron que la misma solución alcalina utilizada para formar el hidrogel cuando se agregaba a la clara de huevo finalmente desencadenaba una transición de fase adicional a un líquido que tenía solo la alta transparencia, conductividad iónica y baja viscosidad que podrían beneficiar a la electrónica flexible.

Las proteínas de las claras de huevo son ricas en grupos carboxi, como Xing y sus colaboradores habían observado en investigaciones anteriores. Cuando se agrega una solución alcalina, estos forman iones carboxilo, cambiar las interacciones electrostáticas en juego entre las moléculas para que se reorganicen y reticulen, formando un gel estable en solución alcalina diluida. Sin embargo, cuando este hidrogel permanece empapado en un ambiente básico, comienza a hidrolizarse, que cambia de nuevo las estructuras de las cadenas de aminoácidos, formando un líquido. "Hasta donde sabemos, somos los primeros en informar sobre este papel de Janus de la solución alcalina, poseyendo caras de construcción y destrucción, en todo el proceso de transición líquido-sólido-líquido de la clara de huevo, "dice Xing.

Venciendo a la competencia

Tanto los compuestos de nanomateriales como los polímeros conductores están limitados a una transparencia de alrededor del 90%. El estiramiento también es un problema. Los nanomateriales pueden proporcionar vías de conducción a través de un material elástico que normalmente no es conductor, pero son propensos a la agregación, y estirar el material puede provocar roturas en estas vías. La combinación de algo como un polímero conductor con un elastómero elástico es problemática debido a los desajustes en las propiedades del material, lo que conduce a cambios histeréticos en el comportamiento. Otra solución que investigaron los investigadores son los líquidos metálicos, donde la baja viscosidad evita problemas con desajustes mecánicos, pero su transparencia es aún más limitada, alrededor del 85%.

Xing, Feng Lu y sus colaboradores en la Universidad de Manitoba en Canadá y la Universidad Médica del Sur en China caracterizaron el líquido de clara de huevo que se formó a partir del hidrogel y midieron una transparencia ultra alta del 99,8%. Xing atribuye esto al alto porcentaje (95%) de la sustancia que es agua, que es en sí mismo transparente. La red que luego contiene esta agua en el hidrogel es parcialmente reflectante, pero como esto colapsa durante la transición gel-sol, el líquido es incluso más transparente que el hidrogel.

La transición a un líquido también aumenta la conductividad de 16,9 S m ^-1 hasta 20,4 S m ^-1 . El hidrogel más firme se puede imprimir fácilmente en 3D antes de que se licue, lo cual es conveniente cuando se producen estructuras híbridas con elastómeros para dispositivos electrónicos elásticos. Cuando el líquido está encapsulado en canales de elastómero, el material producido tiene una resistividad que aumenta con la deformación a medida que disminuye el área de la sección transversal, y la histéresis de este material híbrido después de repetidos estiramientos y relajación es un 0,77% impresionantemente bajo. "La histéresis insignificante fue la gran sorpresa cuando adoptamos el líquido de clara de huevo como conductor en la electrónica portátil, porque no es fácil obtener este tipo de rendimiento con este material y diseño sencillos, "dice Xing.

Los investigadores explotaron estas propiedades electrónicas sensibles a la tensión en una variedad de dispositivos. Demostraron un monitor de pulso de muñeca que podía determinar detalles más finos de la función vascular, como el índice de aumento radial y el tiempo de tránsito del pulso. Produjeron un cónsul de interfaz de usuario que podía leer expresiones faciales y conducir un coche de juguete controlado por radio con un movimiento de muñeca. Finalmente, incorporaron el líquido de clara de huevo y las estructuras de elastómero en dispositivos nanogeneradores triboeléctricos que encienden un LED en respuesta a los aplausos. La investigación futura se centrará en el desarrollo del líquido de clara de huevo como material inteligente para robótica blanda y músculos artificiales.

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