Los polímeros sintéticos han cambiado el mundo que nos rodea, y sería difícil imaginar un mundo sin ellos. Sin embargo, tienen sus problemas. Por ejemplo, es difícil desde un punto de vista sintético controlar con precisión su estructura molecular.hace que sea más difícil ajustar con precisión algunas de sus propiedades, como la capacidad de transportar iones. Para superar este problema, el profesor asistente de la Universidad de Groningen Giuseppe Portale decidió inspirarse en la naturaleza. El resultado se publicó en avances científicos el 17 de julio: una nueva clase de polímeros basados en materiales similares a las proteínas que funcionan como conductores de protones y podrían ser útiles en futuros dispositivos bioelectrónicos.
'He estado trabajando en materiales conductores de protones de forma intermitente desde mi doctorado', dice Portale. 'Me parece fascinante saber qué hace que un material transporte un protón, así que trabajé mucho en la optimización de estructuras a nivel de nanoescala para obtenermayor conductividad. ”Pero fue solo hace unos años que consideró la posibilidad de hacerlos a partir de estructuras biológicas similares a las proteínas. Llegó a esta idea junto con el profesor Andreas Hermann, un ex colega de la Universidad de Groningen, que ahora trabajaen el DWI - Instituto Leibniz de Materiales Interactivos en Alemania. 'Pudimos ver de inmediato que los biopolímeros conductores de protones podrían ser muy útiles para aplicaciones como la bioelectrónica o los sensores', dice Portale.
Grupos más activos, más conductividad
Pero primero, tenían que ver si la idea funcionaba. Portale: "Nuestro primer objetivo era demostrar que podíamos ajustar con precisión la conductividad protónica de los polímeros basados en proteínas ajustando el número de grupos ionizables por cadena de polímero".Para hacer esto, los investigadores prepararon una serie de biopolímeros no estructurados que tenían diferentes números de grupos ionizables, en este caso, grupos de ácido carboxílico. Su conductividad de protón escalaba linealmente con el número de grupos de ácido carboxílico cargados por cadena. 'No fue innovador,todo el mundo conoce este concepto. Pero nos encantó poder hacer algo que funcionó como se esperaba ', dice Portale.
Para el siguiente paso, Portale se basó en su experiencia en el campo de los polímeros sintéticos: 'He aprendido a lo largo de los años que la nanoestructura de un polímero puede influir en gran medida en la conductividad. Si tiene la nanoestructura adecuada, permite que las cargasagruparse y aumentar la concentración local de estos grupos iónicos, lo que aumenta drásticamente la conductividad de los protones. '' Dado que el primer lote de biopolímeros era completamente amorfo, los investigadores tuvieron que cambiar a un material diferente. Decidieron usar una proteína conocida que tenía la formade un barril. "Diseñamos esta proteína similar a un barril y agregamos hebras que contienen ácido carbocíclico a su superficie", explica Portale. "Esto aumentó enormemente la conductividad".
Polímero de seda de araña novedoso
Desafortunadamente, el barril-polímero no era muy práctico. No tenía resistencia mecánica y era difícil de procesar, por lo que Portale y sus colegas tuvieron que buscar una alternativa. Aterrizaron sobre un polímero natural muy conocido: la seda de araña."Este es uno de los materiales más fascinantes de la naturaleza, porque es muy fuerte pero también se puede utilizar de muchas formas diferentes", dice Portale. "Sabía que la seda de araña tiene una nanoestructura fascinante, así que diseñamos un polímero similar a una proteína quetiene la estructura principal de la seda de araña, pero se modificó para albergar hebras de ácido carbocíclico. '
El material novedoso funcionó a las mil maravillas. 'Descubrimos que se autoensambla a nanoescala de manera similar a la seda de araña mientras crea grupos densos de grupos cargados, que son muy beneficiosos para la conductividad de los protones', explica Portale.capaz de convertirlo en una membrana robusta del tamaño de un centímetro. "La conductividad protónica medida era más alta que cualquier biomaterial conocido anteriormente, pero todavía no están allí, según Portale:" Este fue un trabajo fundamentalmente fundamental. Para aplicar este material,realmente tengo que mejorarlo y hacerlo procesable. '
Sueños
Pero aunque el trabajo aún no está terminado, Portale y sus compañeros de trabajo ya pueden soñar con aplicar su polímero: "Creemos que este material podría ser útil como membrana en celdas de combustible. Quizás no para las celdas de combustible a gran escala queque ves en los automóviles y las fábricas, pero más a pequeña escala. Existe un campo creciente de dispositivos bioelectrónicos implantables, por ejemplo, marcapasos que funcionan con glucosa. En los próximos años, esperamos descubrir si nuestro polímero puede producir undiferencia allí, ya que ya es biocompatible. '
A corto plazo, Portale piensa principalmente en sensores. 'La conductividad que medimos en nuestro material está influenciada por factores del entorno, como la humedad o la temperatura. Por lo tanto, si desea almacenar algo a cierta humedad, puede colocar este polímeroentre dos electrodos y medir si algo cambia. "Sin embargo, antes de que todos estos sueños se hagan realidad, hay muchas preguntas que responder." Estoy muy orgulloso de que pudimos controlar estos nuevos materiales a escala molecular y construirellos desde cero. Pero todavía tenemos que aprender mucho sobre sus capacidades y ver si podemos mejorarlas aún más '.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Groningen . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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