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No es fácil ser suave y fuerte al mismo tiempo a menos que seas el nuevo hidrogel desarrollado en la Universidad de Cambridge. Este es el primer material blando que tiene un grado tan alto de resistencia a la compresión, informan los autores.

Créditos de la imagen Zehuan Huang.

Un nuevo material desarrollado por investigadores de la Universidad de Cambridge se ve como un gel blando normalmente, pero como un vidrio irrompible ultra duro cuando se comprime a pesar de ser 80% agua. Su secreto radica en la parte no acuosa del material; esto consiste en una red de polímeros con elementos que se mantienen unidos por interacciones reversibles. A medida que estas interacciones se activan y desactivan, las propiedades de los materiales cambian.

La así denominada súper gelatina podría emplearse para una amplia gama de aplicaciones en las que se necesitan tanto fuerza como suavidad, como la bioelectrónica, el reemplazo de cartílago en medicina o en robots flexibles.

hidrogel resistente

Para hacer materiales con las propiedades mecánicas que queremos, usamos reticuladores, donde dos moléculas se unen a través de un enlace químico, dijo el Dr. Zehuan Huang del Departamento de Química de Yusuf Hamied, el primer autor del estudio.

Usamos reticuladores reversibles para hacer hidrogeles suaves y elásticos, pero hacer un hidrogel duro y comprimible es difícil y diseñar un material con estas propiedades es completamente contradictorio.

Las propiedades macroscópicas de cualquier sustancia surgen de sus propiedades microscópicas, su estructura molecular y la forma en que interactúan sus moléculas. Debido a la forma en que están estructurados los hidrogeles, es extremadamente raro ver que una sustancia de este tipo muestre tanto flexibilidad como fuerza.

El secreto del equipo radica en el uso de moléculas conocidas como cucurbiturilos. Estas son moléculas en forma de barril que el equipo usó como esposas para mantener juntos otros polímeros (una práctica conocida como reticulación). Este contiene dos moléculas invitadas dentro de la cavidad que forma, que fueron diseñadas para residir preferentemente dentro de la molécula de cucurbituril. Debido a que los polímeros están unidos tan estrechamente, el material en general tiene una resistencia muy alta a la compresión (no hay mucho espacio libre a nivel molecular para que se produzca la compresión).

Las alteraciones que el equipo hizo a las moléculas invitadas también ralentizan considerablemente la dinámica interna del material, informan. Esto le da al hidrogel propiedades generales que oscilan entre estados similares al caucho y al vidrio. Según sus experimentos, el gel puede soportar presiones de hasta 100 MPa (14 503 libras por pulgada cuadrada). Un automóvil promedio, en comparación, pesa 2,871 libras.

La forma en que el hidrogel puede soportar la compresión fue sorprendente, no se parece a nada que hayamos visto en los hidrogeles, dijo la coautora, la Dra. Jade McCune, también del Departamento de Química. También descubrimos que la resistencia a la compresión se podía controlar fácilmente simplemente cambiando la estructura química de la molécula huésped dentro de las esposas.

La gente ha pasado años haciendo hidrogeles similares al caucho, pero eso es solo la mitad del panorama, dijo Scherman. Hemos revisado la física de polímeros tradicional y hemos creado una nueva clase de materiales que abarcan toda la gama de propiedades de los materiales, desde similares al caucho hasta similares al vidrio, completando la imagen completa.

Los autores dicen que, hasta donde saben, esta es la primera vez que se desarrolla un hidrogel similar al vidrio. Probaron el material usándolo para construir un sensor de presión en tiempo real para monitorear los movimientos humanos.

Ahora están trabajando en el desarrollo de su hidrogel similar al vidrio para diversas aplicaciones biomédicas y bioelectrónicas.

El artículo Redes de polímeros supramoleculares similares al vidrio altamente comprimibles se ha publicado en la revista Nature Materials .

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