Científicos de la Universidad de Pittsburgh han dado un avance significativo en la ciencia de los materiales al desarrollar un polímero que permite la regeneración de complejos elementos a pesar de ser seccionados en grandes proporciones. Un logro trascendente en una gran cantidad de áreas al poder extender la vida útil de diversos materiales.
“Este es uno de los santos griales de la ciencia de los materiales. Mientras que otros han desarrollado materiales que pueden remendar los pequeños defectos, no hay ninguna investigación publicada sobre sistemas que puedan regenerar secciones a granel de un material cortado. Esto tiene un tremendo impacto en la sostenibilidad, ya que podría potencialmente extender la vida útil de un material, dándole la capacidad de volver a crecer cuando se daña ” dijo la Dra. Anna C. Balazs responsable de la investigación.
El equipo de investigación se inspiró en los procesos biológicos de especies como los anfibios, que pueden regenerar miembros amputados. Este tipo de regeneración de los tejidos se guía por tres conjuntos críticos de instrucciones: iniciación, propagación y terminación, que la Dra. Balazs describe como una “hermosa cascada dinámica” de los eventos biológicos.
“Cuando nos fijamos en los procesos biológicos detrás de la regeneración de tejidos en los anfibios, consideramos cómo podríamos replicar esa cascada dinámica dentro de un material sintético,” dijo el Dr. Balazs. “Tuvimos que desarrollar un sistema que primero fuera capaz detectar la extracción de material y poner en marcha el nuevo crecimiento, entonces propagar el crecimiento hasta que el material alcance el tamaño deseado y luego, el proceso de auto-terminado.”
“Nuestro mayor desafío era hacer frente a la cuestión del transporte dentro de un material sintético. Los organismos biológicos tienen sistemas circulatorios para lograr el transporte masivo de materiales como las células sanguíneas, los nutrientes y el material genético. Los materiales sintéticos no poseen intrínsecamente un sistema de este tipo, así que necesitábamos algo que actuaba como un sensor para iniciar y controlar el proceso.”
El equipo desarrolló un material híbrido de nanovarillas embebidos en un gel de polímero, que está rodeado por una solución que contiene monómeros y agentes de reticulación (moléculas que enlazan una cadena de polímero a otro) con el fin de replicar la cascada dinámica. Cuando una parte del gel se corta, los nanorods cerca al acto de corte actuan como sensores y migran a la nueva interfaz para desencadenar una reacción de polimerización con el monómero y agentes de reticulación en la solución externa.
Los nanorods tiene 10 nanómetros de espesor, aproximadamente 10 000 veces más pequeños que el diámetro de un cabello humano.
En el futuro, los investigadores planean mejorar el proceso y fortalecer los lazos entre la vieja y la nueva formación de geles, y para ello se han inspirado en otra metáfora de la naturaleza, el árbol secuoya gigante. “Un árbol secuoya cuenta con un sistema de raíces poco profundas, pero cuando crecen en número, el sistema de raíces se entrelazan para dar apoyo y contribuir a su enorme crecimiento,” explica la Dra. Balazs. Del mismo modo, trabajaremos para que los nanopilares puedan proporcionar resistencia adicional al material regenerado.
Referencia: ACS