Su trabajo amplía el campo emergente de los "hidrogeles de kirigami", en los que los patrones se cortan en una película delgada que permite que luego se hinche hasta formar estructuras complejas de hidrogel. La investigación se publica en la revista Ciencia y Tecnología de Materiales Avanzados. .

Los hidrogeles tienen una red de moléculas que atraen agua (hidrófilas), lo que permite que su estructura se hinche sustancialmente cuando se exponen al agua que se incorpora dentro de la red molecular. Los investigadores Daisuke Nakagawa e Itsuo Hanasaki trabajaron con una película inicialmente seca compuesta de nanofibras de celulosa, el material natural que forma gran parte de la estructura de las paredes celulares de las plantas.

Utilizaron procesamiento láser para cortar estructuras en la película antes de agregar agua, lo que permitió que la película se hinchara. El diseño particular del patrón Kirigami funciona de tal manera que el ancho aumenta cuando se estira en la dirección longitudinal, lo que se denomina propiedad auxética. Esta propiedad auxética surge siempre que el espesor crezca lo suficiente cuando la fina película original está húmeda.

"Como Kirigami significa literalmente diseño cortado de papel, originalmente estaba destinado a estructuras de láminas delgadas. Por otro lado, nuestro mecanismo auxético bidimensional se manifiesta cuando el grosor de la lámina es suficiente, y esta tridimensionalidad de la estructura de hidrogel "Se hincha cuando se usa. Es conveniente almacenarlo en estado seco antes de usarlo, en lugar de mantener el mismo nivel de contenido de agua del hidrogel", dice Hanasaki.

"Además, la auxeticidad se mantiene durante la carga cíclica que provoca la deformación adaptativa del hidrogel para alcanzar otro estado estructural. Será importante para el diseño de materiales inteligentes".

Las posibles aplicaciones de los hidrogeles adaptativos incluyen componentes blandos de tecnologías robóticas, que les permiten responder de manera flexible al interactuar con los objetos que están manipulando, por ejemplo. También podrían incorporarse en interruptores suaves y componentes de sensores.

También se están explorando los hidrogeles para aplicaciones médicas, incluida la ingeniería de tejidos, apósitos para heridas, sistemas de administración de fármacos y materiales que pueden adaptarse de manera flexible al movimiento y el crecimiento. El avance en hidrogeles de kirigami logrado por el equipo TUAT amplía significativamente las opciones para futuras aplicaciones de hidrogel.

"Mantener las características diseñadas y al mismo tiempo mostrar adaptabilidad a las condiciones ambientales es ventajoso para el desarrollo de la multifuncionalidad", concluye Hanasaki.