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Materials

Un hidrogel elástico que se cura como un músculo

El material, hecho de polímeros entrelazados, se vuelve más fuerte bajo presión

by Bethany Halford
February 4, 2019 | APPEARED IN VOLUME 97, ISSUE 5

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Cuando este hidrogel inspirado en los músculos se estira, su polímero en tensión (en azul) se rompe formando radicales, y su polímero relajado (en rosa) se estira para evitar daño en el hidrogel. Los radicales reaccionan con el monómero (en naranja) que está incrustado en el polímero para formar nuevas cadenas de polímero que fortalecen el hidrogel.
Fuente: C&EN/Adaptado de Science

Cuando hacemos ejercicio, la tensión rompe fibras en nuestros músculos. Nuestro cuerpo repara esas fibras con un suministro constante de aminoácidos que se convierten en proteínas, fortaleciendo así nuestros músculos. Ahora, los científicos han obtenido un hidrogel similar a un músculo que funciona de la misma manera: fortaleciéndose cuando se le somete a estrés mecánico. Este trabajo, aseguran, podría conducir a neumáticos de mayor duración, o a robots blandos hechos de plástico flexible que podrían repararse a sí mismos e incluso crecer.

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Credit: Universidad de Hokkaido
Este hidrogel inspirado en los músculos se fortalece cada vez que se estira.

El material de hidrogel elástico proviene de un equipo liderado por Jian Ping Gong y Tasuku Nakajima de la Universidad de Hokkaido, y aprovecha la mecanoquímica de polímeros, en la que la fuerza mecánica inicia una reacción química. El hidrogel, blando pero resistente, está compuesto por un 85% de agua y dos redes de polímeros entrecruzadas y entrelazadas. Una de las redes—compuesta de poli-2-acrilamido-2-metilpropanosulfonato de sodio—está en tensión. La otra red, hecha de poliacrilamida, está en reposo.

Cuando se tira de él, el polímero sin tensionar se estira, lo que evita que el hidrogel se rasgue, mientras que el polímero tenso se rompe, formando radicales de carbono en los extremos rotos de las cadenas del polímero. Estos radicales reaccionan rápidamente con el monómero que hay entremezclado en todo el material para reconstruir la red de polímeros, de modo que cuando el hidrogel recupera su estado relajado, es más fuerte de lo que era originalmente. Los investigadores prueban esto al demostrar que el material puede levantar pesos mayores cada vez que se estira. (Science 2019, DOI: 10.1126/science.aau9533).

Crear una arquitectura molecular que contenga suficientes radicales para hacer un cambio macroscópico en las propiedades del hidrogel es una hazaña técnica y representa “un avance significativo en el área de polímeros adaptativos inteligentes”, dice Rint P. Sijbesma, experto en materiales inteligentes de la Universidad Tecnológica de Eindhoven. Este trabajo, apunta Rint, contrasta con avances anteriores en los que se intentaron crear sistemas similares, pero que fracasaron debido a que la arquitectura de polímeros que utilizaron no generaba suficientes radicales como para marcar una diferencia notable de fuerza.

Aun así, hay bastante margen de mejora en el sistema, señala Nakajima. Por ejemplo, dice, los investigadores deben encontrar una manera de suministrar continuamente con monómero al sistema. En el sistema actual, el monómero se agota después de cinco o seis estiramientos, y el hidrogel se vuelve rígido y frágil. El sistema también es sensible al oxígeno, un problema común en las polimerizaciones radicales.

“Conceptualmente, este avance es inspirador”, dice Jeffrey S. Moore, experto en mecanoquímica de polímeros de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign. “Mientras que los químicos se sienten cómodos realizando química en el ambiente controlado de un matraz, este trabajo nos empuja a pensar acerca de los desafíos de la química en la naturaleza, lo suficientemente resistentes como para funcionar en condiciones exigentes”.

Traducido al español por César Palmero para C&EN. La versión original (en inglés) de este artículo está disponible aquí.

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