El hueso no es solo un material fijo, es un conjunto dinámico de estructuras que pueden adaptar su masa y resistencia en función de las cargas que deben soportar.

Desarrollar ese tipo de material adaptativo ha sido durante mucho tiempo el sueño de los científicos. Ahora por primera vez Los científicos de la Escuela de Ingeniería Molecular Pritzker (PME) de la Universidad de Chicago han desarrollado un material de gel que se fortalece cuando se expone a vibraciones.

Los científicos no solo pudieron hacer que el material sea 66 veces más fuerte a través de vibraciones, también pudieron fortalecer solo las áreas expuestas al movimiento. Ese tipo de especificidad podría conducir a nuevos adhesivos y mejores formas de integrar implantes dentro del cuerpo.

Los resultados fueron publicados el 22 de febrero en la revista Materiales de la naturaleza .

"Todos los demás materiales se debilitan cuando se vibran, ", dijo el profesor adjunto Aaron Esser-Kahn, quien dirigió la investigación. "Esta es la primera vez que revertimos ese proceso, mostrando que un material puede fortalecerse a sí mismo con vibraciones mecánicas ".

Formando una segunda red dentro del material

Cuando Esser-Kahn y su grupo comenzaron a pensar en cómo desarrollar materiales adaptables, buscaban aprovechar el efecto piezoeléctrico, lo que le da a ciertos materiales la capacidad de generar una carga eléctrica en respuesta a la tensión mecánica. Tal carga podría instigar una reacción dentro de un material y fortalecerlo, propusieron.

Pero generar la respuesta correcta a la tensión mecánica resultó difícil. El equipo probó docenas de químicas diferentes antes de encontrar la que funcionaba:un gel de polímero mezclado con reactores de tiol-eno y partículas piezoeléctricas de óxido de zinc.

Cuando el material vibra, las partículas transducen energía y crean una reacción tiol-eno, lo que hace que los componentes del material se reticulen. Esa reticulación forma esencialmente una segunda red dentro del material, fortaleciéndolo.

Aunque el material empezó siendo suave, material colágeno, a medida que aumentaba la vibración, el material se reforzó cada vez más. El equipo pudo aumentar la resistencia del material a 66 veces su resistencia original, terminando con un material que estaba cerca de la rigidez de las partes internas del hueso.

"Al igual que el hueso, el material reforzado a la cantidad exacta de energía que le ponemos, "Dijo Esser-Kahn. No solo eso, el material no solo se fortaleció en todo, sino que se fortaleció selectivamente en áreas específicas donde se estresó en un grado mayor.

Creando nuevos tipos de adhesivos que se integran con el cuerpo.

Ese tipo de fortalecimiento selectivo podría dar lugar a materiales que se puedan endurecer de manera selectiva y una nueva forma de diseñar estructuras. Quizás podría convertirse en parte de un edificio que se fortalece a medida que envejece, o utilizarse para adherir materiales juntos en un avión.

"Esto puede influir enormemente en los adhesivos, "Esser-Kahn dijo." Los adhesivos son casi siempre el punto de falla en los materiales. Esto podría dar lugar a adhesivos especializados que se adhieran y fijen mucho mejor ".

El grupo está examinando cómo utilizar el material para integrar mejor los materiales artificiales en el cuerpo humano, en implantes de cadera, por ejemplo.

"No hay dos humanos iguales, y un material como este es cómo comenzamos a hacer materiales que se comportan igual que los que se encuentran en biología, "Dijo Esser-Kahn.

Otros autores del artículo incluyen a los investigadores postdoctorales Zhao Wang, Jun Wang, y Saikat Manna; el estudiante de posgrado Jorge Ayarza; el ex investigador graduado Tim Steeves; y Ziying Hu de la Universidad Northwestern.