Los investigadores de la Universidad de Hokkaido han desarrollado una estrategia para fabricar materiales que se vuelven más fuertes en respuesta al estrés mecánico, imitando el crecimiento del músculo esquelético. Sus hallazgos, publicados en la revista. Ciencia, podría allanar el camino para materiales de larga duración que puedan adaptarse y fortalecerse en función de las condiciones del entorno.

La estrategia se inspiró en el proceso que hace que los músculos esqueléticos humanos se vuelvan más fuertes. Como resultado del entrenamiento de fuerza en el gimnasio, por ejemplo, las fibras musculares se descomponen, fomentando la formación de nuevas fibras más fuertes. Para que esto suceda, los músculos deben ser suministrados con aminoácidos, los componentes básicos de las proteínas, que se unen y forman fibras musculares.

Jian Ping Gong de la Universidad de Hokkaido se especializa en ciencia de polímeros. Su equipo de investigación desarrolló una estrategia que emplea 'hidrogeles de doble red' que emula el proceso de construcción de los músculos esqueléticos.

Los hidrogeles de doble red son un material suave pero resistente formado por aproximadamente 85 por ciento en peso de agua y dos tipos de redes de polímeros: una rígida y quebradiza, y la otra suave y estirable.

El equipo colocó un hidrogel de doble red dentro de una solución que contiene moléculas, llamadas monómeros, que se pueden unir para formar compuestos más grandes llamados polímeros. Esta solución emula el papel de la sangre circulante que transporta aminoácidos a los músculos esqueléticos.

La aplicación de fuerza de tracción (estiramiento) al hidrogel hace que se rompan algunas de sus cadenas de polímero rígidas y quebradizas. Esto lleva a la generación de una especie química llamada 'mecoradicals' en los extremos de las cadenas de polímero rotas. Estos mecanismos mecánicos pueden desencadenar la unión del monómero absorbido en el hidrogel desde la solución circundante a una red de polímero, fortaleciendo el material.

Con estiramientos sucesivos, se produce una mayor degradación y acumulación, similar a lo que ocurre con los músculos esqueléticos que experimentan un entrenamiento de fuerza. A través de este proceso, la resistencia y rigidez del hidrogel mejoraron 1.5 y 23 veces, respectivamente, y el peso de los polímeros aumentó en un 86%. El equipo también pudo adaptar la respuesta del material a la fuerza mecánica mediante el uso de un monómero específico que alteró la reacción del gel al calor; Calentado a altas temperaturas, la superficie del gel se volvió más resistente al agua.

Los investigadores dicen que su trabajo podría ayudar con el desarrollo de materiales de gel de crecimiento propio para aplicaciones como trajes flexibles para pacientes con lesiones esqueléticas; Estos trajes serían potencialmente más fuertes y más funcionales cuanto más se usen. El profesor Gong explicó que "dado que muchos tipos de geles DN tienen características mecánicas similares, este proceso podría aplicarse a una amplia gama de geles, ampliando la gama de aplicaciones potenciales".

Fuente de la historia:

Materiales proporcionados por Universidad de Hokkaido. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y duración.