Um hidrogel de rede dupla (i). Após o alongamento (ii), quebra de seções frágeis, permitindo uma geração de mecanorradicais, indicado pela mudança de cor (iii). Crédito:Gong J. P. et al., Hidrogéis de crescimento autorresponsivo mecanicamente inspirados no treinamento muscular, Ciência , 1 de Fevereiro, 2019
Uma estratégia inspirada no processo responsável pelo crescimento muscular pode levar ao desenvolvimento de músculos mais fortes, materiais mais duradouros.
Os pesquisadores da Universidade de Hokkaido desenvolveram uma estratégia para fabricar materiais que se tornam mais fortes em resposta ao estresse mecânico - imitando o crescimento do músculo esquelético. Suas descobertas, publicado no jornal Ciência , pode abrir caminho para materiais de longa duração que podem se adaptar e fortalecer com base nas condições circundantes.
A estratégia foi inspirada no processo que fortalece os músculos esqueléticos humanos. Como resultado do treinamento de força na academia, por exemplo, fibras musculares se rompem, encorajando a formação de novos, fibras mais fortes. Para que isso aconteça, os músculos devem ser fornecidos com aminoácidos, os blocos de construção das proteínas, que se unem e formam fibras musculares.
Jian Ping Gong, da Universidade de Hokkaido, é especialista em ciência de polímeros. Sua equipe de pesquisa desenvolveu uma estratégia que emprega 'hidrogéis de rede dupla' que emula o processo de construção dos músculos esqueléticos.
Hidrogéis de rede dupla são macios, ainda material resistente formado por cerca de 85 por cento em peso de água e dois tipos de redes de polímero:uma rígida e quebradiça, e o outro macio e elástico.
A equipe colocou um hidrogel de rede dupla dentro de uma solução contendo moléculas, chamados monômeros, que podem ser unidos para formar compostos maiores chamados polímeros. Esta solução simula o papel do sangue circulante transportando aminoácidos para os músculos esqueléticos.
Aplicar força de tração (alongamento) ao hidrogel causa a quebra de algumas de suas cadeias de polímero rígidas e quebradiças. Isso leva à geração de uma espécie química chamada 'mecanoradicals' nas extremidades das cadeias de polímero quebradas. Esses mecanoradicais podem desencadear a união do monômero absorvido no hidrogel da solução circundante em uma rede de polímero, fortalecimento do material.
Com alongamentos sucessivos, mais quebra e acumulação ocorrem, semelhante ao que acontece com os músculos esqueléticos submetidos ao treinamento de força. Através deste processo, a resistência e a rigidez do hidrogel melhoraram 1,5 e 23 vezes, respectivamente, e o peso dos polímeros aumentou 86%. A equipe foi ainda capaz de adaptar a resposta do material à força mecânica usando um monômero específico que alterou a reação do gel ao calor; aquecido em altas temperaturas, a superfície do gel tornou-se mais resistente à água.
Esta imagem mostra o processo em que os hidrogéis de rede dupla foram esticados, levando ao fortalecimento do material. Crédito:Gong J. P. et al., Hidrogéis de crescimento autorresponsivo mecanicamente inspirados no treinamento muscular, Ciência , 1 de Fevereiro, 2019
Os pesquisadores dizem que seu trabalho pode ajudar no desenvolvimento de materiais de gel de crescimento próprio para aplicações como exosuits flexíveis para pacientes com lesões esqueléticas; esses trajes se tornariam potencialmente mais fortes e funcionais quanto mais fossem usados. O professor Gong explicou "Uma vez que muitos tipos de géis DN têm características mecânicas semelhantes, este processo pode ser aplicado a uma ampla gama de géis, expandindo a gama de aplicações potenciais. "
