Cientistas da NTU e da CMU criaram uma estrutura de hidrogel semelhante a uma folha por meio de um processo semelhante ao crescimento de tecidos foliares reais. Crédito:CMU e NTU
Cientistas da Universidade Tecnológica de Nanyang, Cingapura (NTU Cingapura) e Carnegie Mellon University (CMU) encontraram uma maneira de direcionar o crescimento do hidrogel, uma substância gelatinosa, para imitar a estrutura e as formas dos tecidos vegetais ou animais.
As descobertas da equipe, publicado em Anais da Academia Nacional de Ciências hoje, sugerir novas aplicações em áreas como engenharia de tecidos e robótica leve, onde o hidrogel é comumente usado. A equipe também registrou uma patente na CMU e na NTU.
Na natureza, tecidos vegetais ou animais são formados à medida que nova biomassa é adicionada às estruturas existentes. Sua forma é o resultado de diferentes partes desses tecidos crescendo em taxas diferentes.
Imitando este comportamento de tecidos biológicos na natureza, a equipe de pesquisa composta por cientistas da CMU Changjin Huang, David Quinn, K. Jimmy Hsia e o presidente designado da NTU, Prof Subra Suresh, mostrou que através da manipulação da concentração de oxigênio, pode-se padronizar e controlar a taxa de crescimento dos hidrogéis para criar as formas 3-D complexas desejadas.
A equipe descobriu que concentrações mais altas de oxigênio diminuem a ligação cruzada de produtos químicos no hidrogel, inibindo o crescimento nessa área específica.
Restrições mecânicas, como fio flexível, ou substrato de vidro que se liga quimicamente ao gel, também pode ser usado para manipular a automontagem e formação de hidrogéis em estruturas complexas.
Uma tigela de hidrogel automontada com uma borda ondulada. A solução de corante alimentar azul é mantida na tigela para demonstrar sua integridade estrutural. Crédito:CMU e NTU
Essas estruturas orgânicas complexas são essenciais para o desempenho de funções corporais especializadas. Por exemplo, o intestino delgado dos humanos é coberto por dobras microscópicas conhecidas como vilosidades, que aumentam a área de superfície do intestino para uma absorção mais eficiente dos nutrientes dos alimentos.
A nova técnica difere dos métodos anteriores que criam estruturas 3-D adicionando / imprimindo ou subtraindo camadas de materiais. Esta técnica, Contudo, depende da polimerização contínua de monômeros dentro do hidrogel poroso, semelhante ao processo de aumento e proliferação de células vivas em tecidos orgânicos. A maioria dos sistemas vivos adota um modelo de crescimento contínuo, portanto, a nova técnica que imita essa abordagem será potencialmente uma ferramenta poderosa para os pesquisadores estudarem os fenômenos de crescimento em sistemas vivos.
"Maior controle do crescimento e da automontagem de hidrogéis em estruturas complexas oferece uma gama de possibilidades nos campos da medicina e da robótica. Um campo que pode se beneficiar é a engenharia de tecidos, onde o objetivo é substituir tecidos biológicos danificados, como em reparos de joelho ou na criação de fígados artificiais, "disse o professor Subra Suresh, que assumirá o cargo de Presidente da NTU em 1º de janeiro de 2018.
Hidrogéis controlados por crescimento e por estrutura também são úteis no estudo e desenvolvimento de eletrônica flexível e robótica suave, fornecendo maior flexibilidade em comparação com robôs convencionais, e imitar como os organismos vivos se movem e reagem ao ambiente.
