p Materiais naturais como pele, cartilagem e tendões são resistentes o suficiente para suportar nosso peso corporal e movimentos, ainda flexível o suficiente para que eles não quebrem facilmente. Embora consideremos essas propriedades garantidas, replicar essa combinação única em materiais sintéticos é muito mais difícil do que parece. Agora, cientistas da EPFL desenvolveram uma nova maneira de tornar fortes, polímeros compostos flexíveis que imitam mais de perto os materiais encontrados no mundo natural. Sua descoberta, descrito em um artigo publicado em Materiais Funcionais Avançados , poderia ter aplicações em campos como robótica leve e implantes protéticos de cartilagem. p Normalmente, os hidrogéis sintéticos se enquadram em duas categorias de materiais muito diferentes. O primeiro tipo, que inclui vidro de janela e alguns polímeros, são duros e resistentes, mas notoriamente pobres em absorver energia:mesmo a menor rachadura pode se espalhar pela estrutura. Os materiais do segundo grupo são mais capazes de resistir a rachaduras, mas há uma compensação:eles são extremamente macios - tão macios, na verdade, que eles não podem suportar cargas pesadas. No entanto, alguns compostos naturais - feitos de uma combinação de materiais biológicos e proteínas, incluindo colágeno - são fortes e resistentes a rachaduras. Eles devem essas propriedades à sua estrutura altamente precisa, das escalas nano às milimétricas:por exemplo, as fibras tecidas são organizadas em estruturas maiores, que por sua vez se organizam para formar outras estruturas, e assim por diante.

p "Ainda estamos muito longe de sermos capazes de controlar a estrutura dos materiais sintéticos em tantas escalas diferentes, "diz Esther Amstad, um professor assistente no Laboratório de Materiais Suaves da EPFL e o autor principal do artigo. No entanto, Matteo Hirsch e Alvaro Charlet - dois assistentes de doutorado que trabalham sob a orientação de Amstad - desenvolveram uma nova abordagem para a construção de compósitos sintéticos, pegando suas sugestões do mundo natural. "Na natureza, blocos de construção básicos são encapsulados em compartimentos, que são então liberados de uma forma altamente localizada, "explica Amstad." Este processo fornece maior controle sobre a estrutura final de um material e a composição local. Adotamos uma abordagem semelhante, organizando nossos próprios blocos de construção em compartimentos e, em seguida, montando-os em uma superestrutura. "

p Primeiro, os cientistas encapsularam monômeros em gotículas de uma emulsão de água e óleo, que servem como compartimentos. Dentro das gotas, os monômeros se ligam para formar uma rede de polímeros. Neste ponto, as micropartículas são estáveis, mas as interações entre elas são fracas, o que significa que o material não se encaixa bem. Próximo, as micropartículas - que são altamente porosas como esponjas - foram embebidas em outro tipo de monômero antes de o material ser reduzido para formar uma espécie de pasta. Sua aparência, como disse Alvaro Charlet, é "um pouco como areia molhada que pode ser moldada em um castelo de areia".

p Os cientistas então imprimiram em 3D a pasta e a expuseram à radiação ultravioleta. Isso fez com que os monômeros adicionados na segunda etapa polimerizassem. Esses novos polímeros se entrelaçaram com os formados anteriormente no processo, assim, endurecendo a pasta. Isso resultou em um excepcionalmente forte, material resistente. A equipe de pesquisa mostrou que um tubo medindo apenas 3 mm de diâmetro pode suportar uma carga de tração de até 10 kg e uma carga de compressão de até 80 kg, sem danos à sua integridade estrutural.

p A descoberta deles tem usos potenciais em robótica leve, onde os materiais que imitam as propriedades dos tecidos vivos são muito procurados. O processo inovador também pode ser aplicado para desenvolver materiais biocompatíveis para implantes protéticos de cartilagem.