Investigadores de la Universidad de Tel Aviv han descubierto, por primera vez, una serie de propiedades físicas existentes en las redes de microfibras poliméricas, entre ellas la "memoria de forma". Estos descubrimientos abren las puertas a una gama de aplicaciones tecnológicas y biológicas, desde la ingeniería de tejidos hasta la robótica.

El estudio fue dirigido por el Dr. Amit Sitt y el estudiante de doctorado Shiran Ziv Sharabani de la Escuela de Química Raymond y Beverly Sackler y el Centro Roman Abramovich de Nanociencia y Nanotecnología. Fue publicado en Advanced Functional Materials .

El Dr. Sitt explica que "En el estudio, creamos redes bidimensionales de microfibra de polímero que experimentan cambios de forma inducidos por la temperatura. Descubrimos por primera vez que estas redes dispersas sensibles exhiben propiedades de memoria de forma, una propiedad especialmente sorprendente que no estábamos esperando considerando su escasez. Las redes, compuestas de fibras poliméricas sensibles a la temperatura, están controladas por las propiedades físicas de cada fibra. Cuando se modifican estas condiciones, las redes tienden a demostrar una de dos vías de comportamiento al enfriarse:en una vía, el las fibras permanecen rectas y la red mantiene su morfología ordenada, y en la otra vía las fibras se doblan y la red se enreda como un espagueti. La belleza es que ambas vías de comportamiento demuestran memoria de forma, y ​​una vez calentadas, la red reanuda su forma original. Morfología ordenada Este principio, que se demuestra en varios tipos de redes, ofrece una nueva forma de controlar alteraciones en la forma de los materiales; y aparentemente incluso los cambios menores en la estructura de las fibras se traducen en un cambio dramático en el comportamiento microscópico de las redes".

Las redes bidimensionales que se desarrollaron y fabricaron en el laboratorio del Dr. Sitt se basan en un polímero llamado PNIPAAm y se fabrican en un proceso conocido como "Dry Spinning". En este proceso, las fibras se extraen de la solución de polímero líquido, en el transcurso del cual se endurecen y solidifican rápidamente, mientras que la rápida evaporación del solvente deja el polímero como una fibra delgada. Este método permite la creación de fibras con un grosor de una centésima parte del ancho de un cabello y su disposición espacial de manera ordenada, muy similar a la impresión tridimensional, pero en escalas mucho más pequeñas.

El Dr. Sitt agrega que "una de las principales formas en que los sistemas biológicos forman movimientos y generan fuerzas es mediante la explotación de redes jerárquicas activas que consisten en microfilamentos delgados, que pueden cambiar su forma y tamaño según los estímulos externos. Tales redes existen a nivel de una sola célula y participan en una variedad de procesos celulares y físicos. Por ejemplo, los músculos del cuerpo humano se basan en redes de fibras proteicas, que se contraen y relajan después de la estimulación neural. Si bien utilizan un mecanismo significativamente diferente, nuestros sistemas puramente sintéticos imitan este comportamiento, y ahora podemos modificar su respuesta, allanando el camino para diseñar el comportamiento de transformación del material con resolución a microescala".

El Dr. Sitt y su equipo han explicado sus interesantes resultados usando un modelo computacional simple. La estudiante de doctorado Shiran Ziv Sharabani explica que su "modelo teórico se basa en una comprensión básica de los sistemas de resortes, que son sistemas familiares y clásicos. Pudimos describir las dos vías de comportamiento que observamos en el laboratorio usando dos parámetros del sistema de resortes , y este modelo nos ayudó a mostrar de manera inequívoca que las propiedades microscópicas de una red están estrechamente relacionadas con una serie de factores geométricos, principalmente el diámetro de la fibra, pero también la densidad de toda la red".

"En cuanto a las aplicaciones de las redes de polímeros", agrega el Dr. Sitt, "uno puede volar a los reinos de la ciencia ficción, pero a nivel práctico y en un futuro cercano, estamos planeando usar redes para fabricar telas y estructuras tridimensionales". estructuras que cambiarán de forma en el nivel de resolución de micras, de una manera que en realidad se programará en la estructura del material mismo. Al mismo tiempo, estamos trabajando en el uso de redes de transformación de forma para desarrollar pequeños músculos artificiales que ser capaz de cambiar el enfoque de las lentes blandas, separar nanopartículas y micropartículas y manipular pequeñas pinzas para tomar una biopsia de células individuales".

Ziv Sharabani concluye diciendo que "utilizando los conocimientos de nuestra investigación, uno puede analizar y deducir qué caja de herramientas se necesita para tales desarrollos. El estudio, que duró más de tres años, contó con la participación del profesor Eli Flaxer de Afeka Engineering Academic College. en Tel Aviv, estudiantes, estudiantes de investigación y un estudiante de secundaria. No hay duda de que el conocimiento que hemos adquirido en el curso de la investigación es innovador y tiene un potencial tecnológico abundante". + Explora más

Montaje de partículas de virus para formar plantillas para el cultivo de polímeros con propiedades magnéticas