Imagine um pequeno, músculo improvisado que pode enrolar um peso suspenso de 20 miligramas quando exposto à luz. Sob as condições certas, outro mix tem potência suficiente para fazer supino reto.

Pesquisadores da Washington University em St. Louis criaram um tipo completamente novo de músculo molecular artificial a partir de um polímero que é capaz de fazer algum trabalho pesado - relativamente falando.

“O gatilho externo que inicia o processo de atuação pode ser algo tão simples como a luz do sol, "disse Jonathan Barnes, professor assistente de química em Artes e Ciências e um Packard Fellow 2017. O novo polímero, que muda de cor e se contrai quando exposto à luz visível, é descrito em uma publicação de 24 de janeiro de uma edição especial da Macromolecular Rapid Communications.

Barnes e sua equipe têm trabalhado em sua prova de conceito para o novo polímero redox - um que se contrai quando os elétrons são adicionados (redução) e se expande quando eles são retirados (oxidação) - desde que ele começou na Universidade de Washington há menos de dois anos atrás.

Último outono, eles demonstraram que podiam construir com sucesso seu polímero funcional e incorporá-lo em um pliant, material a granel chamado de hidrogel. O material resultante pode ser reduzido a um décimo do seu volume original e, em seguida, expandido de volta ao seu tamanho original, suas longas cadeias de polímero delicadamente dobrando e desdobrando em três dimensões.

O hidrogel contém 5 por cento de polímero no geral, dos quais apenas 5 por cento é o novo, polímero funcional; o resto é apenas água. Isso significa que apenas 0,25 por cento do hidrogel total é o polímero funcional, um número incrivelmente baixo no campo.

"Se você olhar para outros materiais, o polímero ativo geralmente está em cada link, "disse Angelique Greene, um pós-doutorado no laboratório Barnes. "O nosso é muito diluído, e ainda assim nossos hidrogéis ainda tiveram um desempenho comparável e às vezes até melhor. "

Puxando seu próprio peso

Mas o músculo molecular ainda precisava ser acionado pela redução química em uma solução úmida. Para resolver o fator slosh, os pesquisadores então introduziram catalisadores fotoredox que absorvem luz visível, incorporado no gel, e moveu seus músculos para o solo seco.

Era hora de um teste de força.

"Queríamos demonstrar que não só podia mudar de forma, ou dobrar, ou mudar para uma cor diferente, mas realmente funciona, "Barnes disse.

Os pesquisadores fixaram seu gel de melhor desempenho em um pedaço de fita isolante preta, e anexou um pequeno, pedaço leve de fio de alumínio segurando um pequeno peso de 20 miligramas na parte inferior. Eles o expuseram a uma luz azul, e, depois de cinco horas, o polímero moveu o peso suspenso vários centímetros de sua posição inicial.

"Aqui temos muito controle preciso, "disse Kevin Liles, um Ph.D. candidato em química que co-escreveu o novo estudo, junto com Greene. “Podemos irradiar o polímero por um certo tempo, pare em um certo número de graus (de curvatura), ou irradiar uma certa porção e fazer com que se contraia em certas áreas. "

Cinco horas pode parecer muito tempo para se mover alguns centímetros, mas Barnes não está preocupado que a Mãe Natureza faça isso mais rápido.

"Se você já viu uma flor ou planta na encosta de uma montanha, sempre se inclina para onde a luz está, "Barnes disse." A natureza encontra uma maneira de se adaptar para otimizar a quantidade de fonte de luz que atinge suas pétalas. Este material, em princípio, faz exatamente a mesma coisa. "

Os pesquisadores agora estão procurando como emparelhar seu novo polímero funcional com outros que são mais resistentes e capazes de levantar cargas mais pesadas. Eles também querem descobrir como controlar os músculos moleculares artificiais usando eletrodos. Essa ação seria semelhante à forma como os sinais elétricos são transmitidos no corpo, e pode abrir caminho para futuras aplicações protéticas.