Imagina un pequeño Músculo improvisado que puede curvar un peso suspendido de 20 miligramos cuando se expone a la luz. En las condiciones adecuadas, otra mezcla tiene suficiente potencia para hacer press de banca una moneda de diez centavos.

Investigadores de la Universidad de Washington en St. Louis han creado un tipo completamente nuevo de músculo molecular artificial a partir de un polímero que es capaz de levantar algo de peso, en términos relativos.

"El disparador externo que inicia el proceso de actuación puede ser algo tan simple como la luz del sol, "dijo Jonathan Barnes, profesor asistente de química en artes y ciencias y becario Packard 2017. El nuevo polímero, que cambia de color y se contrae cuando se expone a la luz visible, se describe en una publicación del 24 de enero de un número especial de Macromolecular Rapid Communications.

Barnes y su equipo han estado trabajando en su prueba de concepto para el nuevo polímero sensible a redox, uno que se contrae cuando se agregan electrones (reducción) y se expande cuando se eliminan (oxidación), desde que comenzó en la Universidad de Washington menos de dos hace años que.

El otoño pasado, demostraron que podían construir con éxito su polímero funcional e incorporarlo en un flexible, material a granel llamado hidrogel. El material resultante podría contraerse a una décima parte de su volumen original y luego expandirse de nuevo a su tamaño original, sus largas cadenas de polímero se pliegan y despliegan delicadamente en tres dimensiones.

El hidrogel contiene un 5 por ciento de polímero en total, de los cuales solo el 5 por ciento es nuevo, polímero funcional; el resto es solo agua. Esto significa que solo el 0,25 por ciento del hidrogel total es el polímero funcional, un número increíblemente bajo en el campo.

"Si miras otros materiales, el polímero activo suele estar en cada enlace, "dijo Angelique Greene, becario postdoctoral en el laboratorio de Barnes. "El nuestro está muy diluido, y, sin embargo, nuestros hidrogeles se desempeñaron a un ritmo comparable y, a veces, incluso mejor ".

Tirando de su propio peso

Pero el músculo molecular todavía necesitaba ser activado por reducción química en una solución húmeda. Para abordar el factor de salpicadura, Luego, los investigadores introdujeron catalizadores fotorredox que absorben la luz visible, incrustado en el gel, y movió sus músculos a tierra seca.

Era el momento de una prueba de fuerza.

"Queríamos demostrar que no solo podía cambiar de forma, o doblar, o cambiar de color, pero realmente funciona, "Dijo Barnes.

Los investigadores colocaron su gel de mejor rendimiento en un trozo de cinta aislante negra, y luego adjunto un pequeño, pieza ligera de alambre de aluminio que sostiene un pequeño peso de 20 miligramos en la parte inferior. Lo expusieron a una luz azul, y, después de cinco horas, el polímero había movido el peso suspendido varios centímetros desde su posición inicial.

"Aquí tenemos mucho control, "dijo Kevin Liles, un doctorado candidato en química que coescribió el nuevo estudio, junto con Greene. "Podemos irradiar el polímero durante un tiempo determinado, detenerlo en un cierto número de grados (de curvatura), o irradiar una determinada porción y conseguir que se contraiga en determinadas zonas ".

Cinco horas puede parecer mucho tiempo para moverse unos centímetros, pero a Barnes no le preocupa que la madre naturaleza lo haga más rápido.

"Si alguna vez has visto una flor o una planta en la ladera de una montaña, siempre se inclina hacia donde está la luz, "Dijo Barnes." La naturaleza encuentra una manera de adaptarse para optimizar la cantidad de fuente de luz que llega a sus pétalos. Este material, en principio, hace exactamente lo mismo ".

Los investigadores ahora están buscando cómo emparejar su novedoso polímero funcional con otros que son más resistentes y capaces de levantar cargas más pesadas. También quieren descubrir cómo controlar los músculos moleculares artificiales mediante electrodos. Esta acción sería similar a la forma en que se transmiten las señales eléctricas en el cuerpo, y podría allanar el camino hacia futuras aplicaciones protésicas.