p Em um novo relatório em Materiais da NPG Asia , Chisa Norioka e uma equipe de cientistas em Química e Engenharia de Materiais no Japão, detalhou um método universal para preparar facilmente hidrogéis resistentes e elásticos sem estruturas especiais ou complicações. Eles ajustaram as condições de polimerização para formar redes com muitos emaranhados de cadeia de polímero, para atingir a dissipação de energia em todos os materiais resultantes. A equipe preparou os hidrogéis resistentes e elásticos via polimerização de radical livre usando uma alta concentração de monômero e baixo teor de reticulador para otimizar o equilíbrio entre reticulações físicas e químicas por meio de emaranhamentos e ligações covalentes. A equipe de pesquisa usou emaranhados de cadeia de polímero para dissipação de energia para superar os limites de baixo desempenho mecânico para uso em uma ampla gama de hidrogéis. p Hidrogéis

p Os hidrogéis consistem em redes de polímeros reticulados física e quimicamente e um alto teor de água com um baixo módulo de elasticidade para comportamento responsivo ao estímulo, muito parecido com os tecidos biológicos. Como resultado, hidrogéis têm aplicações potenciais como biomateriais para sistemas de entrega de drogas, biossensores e cultura de células. Embora os hidrogéis sejam macios e flexíveis, eles também são fracos e quebradiços, onde os hidrogéis padrão podem ser quebrados devido à grande deformação. Para superar as baixas propriedades mecânicas dos hidrogéis, pesquisadores projetaram estruturas de rede. Os hidrogéis exibem comportamento viscoelástico para características viscosas e elásticas, para projetar hidrogéis resistentes, portanto, Norioka et al. focado nas características viscosas. A viscosidade permitiu que o estresse aplicado fosse relaxado por meio da dissipação de energia. Os pesquisadores produziram redes de hidrogel com alta densidade de cadeia polimérica, com grande peso molecular entre os reticuladores para dissipação de energia eficaz em todo o material. Durante os experimentos, eles adicionaram altas concentrações de monômero e baixo conteúdo de reticulação para formar redes de hidrogel com muitos emaranhados para produzir as reticulações físicas. Para demonstrar a estratégia, Norioka et al. usaram poliacrilamida (PAAm) e poli (2-metacriloiloxietilfosforilcolina) (PMPC) como as principais cadeias dos hidrogéis.

p Caracterização de materiais

p A equipe testou as propriedades mecânicas dos hidrogéis PAAm preparados usando testes de compressão e tração. Eles observaram os hidrogéis de PAAm não homogêneos formados sob condições de polimerização, contendo uma alta concentração de monômero e baixo conteúdo de reticulador para ser mais resistente do que aqueles com uma estrutura de rede homogênea. De forma similar, os hidrogéis de PAAm inchados com alta concentração de monômero e baixo teor de reticulante também demonstraram alta tenacidade mecânica e alta elasticidade. Usando curvas de tensão-deformação durante os testes de tração, Norioka et al. investigou os mecanismos pelos quais os hidrogéis podem se tornar resistentes e extensíveis. A equipe observou que os hidrogéis PAAm preparados com um teor de reticulador de mais de 0,1 por cento molar têm uma tenacidade muito menor do que aqueles preparados com um teor de reticulador de menos de 0,1 por cento molar. Eles determinaram a densidade de reticulação experimental de hidrogéis a partir de seu módulo de elasticidade, os resultados mostraram como o emaranhamento de cadeias de polímero contribuiu para a alta tenacidade do hidrogel PAAm com uma concentração de monômero de 5,0 mol por litro e um teor de reticulador de 0,005 por cento molar.

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p A estratégia experimental versátil

p Norioka et al. usou as características viscosas do material para relaxar a tensão aplicada por meio da dissipação de energia. O conteúdo de reticulador diminuído aumentou a contribuição da viscosidade para as propriedades mecânicas dos hidrogéis. A equipe ajustou as condições para a preparação da rede na presença de muitos emaranhados, para desenvolver hidrogéis resistentes e elásticos. Eles então realizaram um trabalho adicional em análise mecânica dinâmica e homogeneidade para examinar o mecanismo em detalhes. Para demonstrar a versatilidade da estratégia, Norioka et al. usou 2- (Metacriloiloxi) etil fosforilcolina (MPC), um polímero zwitteriônico biocompatível usado em biomedicina para preparar hidrogéis. Embora o material tenha muitas aplicações potenciais na formação de lentes de contato, articulações artificiais e outros biomateriais, eles são prejudicados devido à baixa resistência mecânica. Os cientistas copolimerizaram o MPC e as acrilamidas, para preparar poli (2-metacriloiloxietil fosforilcolina) (PMPC), com base em uma gama de concentrações de monômero e conteúdo de reticulador. Os hidrogéis PMPC com um conteúdo de reticulação inferior a 0,1 por cento molar não quebraram em até 95 por cento de tensão e 6-MPa estresse; a equipe não conseguiu cortar os materiais com uma faca. Além disso, os hidrogéis PMPC com muitos emaranhamentos exibiram a maior deformação de fratura devido a grandes alongamentos. As preparações com alta concentração de monômero e baixo teor de reticulador eram, portanto, um método universal para preparar hidrogéis resistentes e extensíveis. A construção de material resultante continha muitas ligações cruzadas físicas com base em emaranhamentos de cadeia de polímero para dissipação de energia. A equipe poderia, assim, preparar facilmente hidrogéis resistentes e elásticos, otimizando as condições de preparação para formar muitos emaranhados de cadeia de polímero sem o uso de métodos complexos.

p Panorama

p Desta maneira, Chisa Norioka e colegas introduziram um método para ajustar as condições de polimerização sem introduzir uma estrutura especial nem com métodos complicados. A equipe otimizou o material resultante usando uma alta concentração de monômero e baixo conteúdo de reticulador. A estratégia é aplicável para preparar hidrogéis resistentes e elásticos usando uma variedade de polímeros. O trabalho levará a muitas aplicações práticas em biomedicina e bioengenharia. p © 2021 Science X Network