Utilizando un nuevo tipo de material de polímero dual capaz de responder dinámicamente a su entorno, los investigadores de la Universidad de Brown han desarrollado un conjunto de componentes modulares de hidrogel que podrían ser útiles en una variedad de aplicaciones "robóticas suaves" y biomédicas.
Los componentes, que están modelados por una impresora 3D, son capaces de doblarse, torcerse o pegarse en respuesta al tratamiento con ciertos químicos. Para un artículo publicado en la revista Química de polímeros , los investigadores demostraron una pinza suave capaz de actuar a pedido para recoger objetos pequeños. También diseñaron bloques de construcción de hidrogel tipo LEGO que pueden ensamblarse cuidadosamente y luego sellarse herméticamente para formar dispositivos microfluídicos personalizados."a-chip" sistemas utilizados para la detección de drogas, cultivos celulares y otras aplicaciones.
La clave para la funcionalidad del nuevo material es su composición de polímero dual, dicen los investigadores.
"Esencialmente, un polímero proporciona integridad estructural, mientras que el otro permite estos comportamientos dinámicos como flexión o autoadhesión", dijo Thomas Valentin, un estudiante de doctorado recientemente graduado en la Escuela de Ingeniería de Brown y autor principal del artículo."Por lo tanto, juntar los dos forma un material que es mayor que la suma de sus partes".
Los hidrogeles se solidifican cuando las hebras de polímero dentro de ellas se unen entre sí, un proceso llamado reticulación. Hay dos tipos de enlaces que mantienen unidos a los polímeros reticulados: covalente e iónico. Los enlaces covalentes son bastante fuertes, pero irreversibles. Una vez que dos hebras sonunidos covalentemente, es más fácil romper la hebra que romper el enlace. Los enlaces iónicos, por otro lado, no son tan fuertes, pero pueden invertirse. Agregar iones átomos o moléculas con una carga neta positiva o negativacausar la formación de enlaces. Eliminar iones hará que los enlaces se desmoronen.
Para este nuevo material, los investigadores combinaron un polímero que está reticulado covalentemente, llamado PEGDA, y uno que está reticulado iónicamente, llamado PAA. Los fuertes enlaces covalentes del PEGDA mantienen el material unido, mientras que los enlaces iónicos del PAA lo hacen receptivo.en un ambiente rico en iones, el PAA se reticula, lo que significa que se vuelve más rígido y se contrae. Quite esos iones y el material se ablanda y se hincha a medida que se rompen los enlaces iónicos. El mismo proceso también permite que el material sea autoadhesivo cuandoSi lo desea, junte dos piezas separadas, agregue algunos iones y las piezas se unirán firmemente.
Esa combinación de fuerza y comportamiento dinámico permitió a los investigadores hacer su agarre suave. Modelaron cada "dedo" del agarrador para tener PEGDA puro en un lado y una mezcla de PEGDA-PAA en el otro. Agregar iones causó el PEGDA-PAA para encogerse y fortalecerse, lo que juntó los dos dedos de agarre. Los investigadores demostraron que la configuración era lo suficientemente fuerte como para levantar objetos pequeños que pesan alrededor de un gramo y mantenerlos contra la gravedad.
"Hay mucho interés en los materiales que pueden cambiar sus formas y adaptarse automáticamente a diferentes entornos", dijo Ian Y. Wong, profesor asistente de ingeniería y autor correspondiente del artículo. "Así que aquí demostramos un material que puede flexionarsey reconfigurarse en respuesta a un estímulo externo "
Pero potencialmente una aplicación más inmediata es en microfluídica, dicen los investigadores.
Los hidrogeles son un material atractivo para dispositivos microfluídicos, especialmente aquellos utilizados en pruebas biomédicas. Son suaves y flexibles como el tejido humano, y generalmente no tóxicos. El problema es que los hidrogeles a menudo son difíciles de modelar con los canales y cámaras complejos necesarios enmicrofluídica.
Pero este nuevo material, y el concepto de bloque LEGO que permite, ofrece una solución potencial. El proceso de impresión en 3D permite incorporar arquitecturas microfluídicas complejas en cada bloque. Esos bloques se pueden ensamblar usando una configuración de socket similar a esade bloques LEGO reales. Agregar iones a los bloques ensamblados forma un sello hermético.
"Los bloques modulares LEGO son interesantes porque podríamos crear una caja de herramientas prefabricada para dispositivos microfluídicos", dijo Valentin. "Usted mantiene una variedad de partes preestablecidas con diferentes arquitecturas microfluídicas a mano, y luego simplemente toma las que necesita paracrea tu circuito microfluídico personalizado. Luego, cúralos juntos y estará listo ".
Los investigadores dicen que almacenar los bloques durante largos períodos antes de su uso no parece ser un problema.
"Algunas de las muestras que probamos para este estudio tenían tres o cuatro meses de edad", dijo Eric DuBois, un estudiante universitario y coautor de Brown en el documento. "Por lo tanto, creemos que estos podrían seguir siendo utilizables durante un período prolongado".
Los investigadores dicen que continuarán trabajando con el material, posiblemente modificando las propiedades de los polímeros para obtener aún más durabilidad y funcionalidad.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Brown . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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