Un hidrogel de doble red (i). Después de estirar (ii), las secciones quebradizas se rompen, permitiendo una generación de mecanorradicales, indicado por el cambio de color (iii). Crédito:Gong J. P. et al., Hidrogeles de crecimiento automático mecanosensibles inspirados en el entrenamiento muscular, Ciencias , 01 de febrero, 2019
Una estrategia inspirada en el proceso responsable del crecimiento muscular podría conducir al desarrollo de músculos más fuertes, materiales más duraderos.
Los investigadores de la Universidad de Hokkaido han desarrollado una estrategia para fabricar materiales que se vuelven más fuertes en respuesta al estrés mecánico, imitando el crecimiento del músculo esquelético. Sus hallazgos, publicado en la revista Ciencias , podría allanar el camino para materiales duraderos que puedan adaptarse y fortalecerse en función de las condiciones del entorno.
La estrategia se inspiró en el proceso que fortalece los músculos esqueléticos humanos. Como resultado del entrenamiento de fuerza en el gimnasio, por ejemplo, las fibras musculares se rompen, fomentando la formación de nuevos, fibras más fuertes. Para que esto suceda, los músculos deben recibir aminoácidos, los componentes básicos de las proteínas, que se unen y forman fibras musculares.
Jian Ping Gong de la Universidad de Hokkaido se especializa en ciencia de polímeros. Su equipo de investigación desarrolló una estrategia que emplea 'hidrogeles de doble red' que emula el proceso de construcción de los músculos esqueléticos.
Los hidrogeles de doble red son suaves, sin embargo, material resistente formado por aproximadamente un 85 por ciento en peso de agua y dos tipos de redes de polímeros:una rígida y quebradiza, y el otro suave y estirable.
El equipo colocó un hidrogel de doble red dentro de una solución que contiene moléculas, llamados monómeros, que se pueden unir para formar compuestos más grandes llamados polímeros. Esta solución emula el papel de la sangre circulante que transporta aminoácidos a los músculos esqueléticos.
La aplicación de fuerza de tracción (estiramiento) al hidrogel hace que algunas de sus cadenas de polímero rígidas y frágiles se rompan. Esto conduce a la generación de una especie química llamada 'mecanorradicales' en los extremos de las cadenas de polímero rotas. Estos mecanorradicales pueden desencadenar la unión del monómero absorbido en el hidrogel de la solución circundante en una red de polímero, Fortalecimiento del material.
Con sucesivos estiramientos, se producen más rupturas y acumulaciones, similar a lo que sucede con los músculos esqueléticos que se someten a un entrenamiento de fuerza. A través de este proceso, la resistencia y la rigidez del hidrogel mejoraron 1,5 y 23 veces respectivamente, y el peso de los polímeros aumentó en un 86%. Además, el equipo pudo adaptar la respuesta del material a la fuerza mecánica mediante el uso de un monómero específico que alteró la reacción del gel al calor; calentado a altas temperaturas, la superficie del gel se volvió más resistente al agua.
Esta imagen muestra el proceso en el que se estiraron los hidrogeles de doble red, conduciendo al fortalecimiento del material. Crédito:Gong J. P. et al., Hidrogeles de crecimiento automático mecanosensibles inspirados en el entrenamiento muscular, Ciencias , 01 de febrero, 2019
Los investigadores dicen que su trabajo podría ayudar con el desarrollo de materiales de gel de crecimiento propio para aplicaciones como exotrajes flexibles para pacientes con lesiones esqueléticas; estos trajes se volverían potencialmente más fuertes y más funcionales cuanto más se utilicen. El profesor Gong explicó:"Dado que muchos tipos de geles DN tienen características mecánicas similares, este proceso podría aplicarse a una amplia gama de geles, ampliando la gama de aplicaciones potenciales ".
