Os hidrogéis são materiais poliméricos feitos principalmente de água. Eles podem ser usados ​​em uma ampla variedade de aplicações médicas e outras. Contudo, encarnações anteriores dos materiais sofriam de repetidas tensões mecânicas e facilmente se deformavam. Um novo cristal que pode se formar e deformar reversivelmente, permite que os hidrogéis se recuperem rapidamente do estresse mecânico. Isso abre o uso de tais materiais biocompatíveis no campo das articulações e ligamentos artificiais.

Muitos de nós sofremos lesões esportivas ocasionais ou experimentamos algum tipo de dor relacionada às articulações e ligamentos em algum momento de nossas vidas. Para ferimentos graves desta natureza, muitas vezes, pouco pode ser feito para reparar os danos. Mas um novo desenvolvimento no campo de materiais poliméricos ricos em água, conhecido como hidrogéis, pode chegar à sala de cirurgia em cerca de 10 anos. E também devem enfrentar as mesmas tensões mecânicas que nossos tecidos naturais de articulação e ligamento experimentam. Eles são chamados de géis auto-reforçados.

"O problema com os hidrogéis existentes é que eles podem ser mecanicamente fracos e, portanto, precisam ser fortalecidos, "disse o professor associado Koichi Mayumi do Instituto de Física do Estado Sólido da Universidade de Tóquio." No entanto, métodos anteriores para fortalecê-los funcionam apenas um número limitado de vezes, ou às vezes apenas uma vez. Esses géis não se recuperam rapidamente de tensões, como impactos, de forma alguma. Então, olhamos para outros materiais que mostram forte capacidade de recuperação, como borracha natural. Inspirando-se nisso, criamos um hidrogel que exibe resistência e capacidade de recuperação semelhantes à borracha, ao mesmo tempo que mantém a flexibilidade. "

Os exemplos anteriores de hidrogéis endurecidos usam as chamadas ligações de sacrifício que se quebram quando deformadas. A destruição das ligações sacrificais dissiparia a energia mecânica dando força ao material, mas os laços de sacrifício levariam tempo, às vezes minutos, recuperar. E às vezes eles nem se recuperavam.

Em contraste, Mayumi e sua equipe introduziram cristais que se montam em formas rígidas sob tensão, mas muito rapidamente volta ao estado de gel quando a tensão é liberada. Em outras palavras, o hidrogel geral é extremamente flexível em repouso, mas firma no impacto, muito parecido com as borrachas naturais. As estruturas cristalinas são compostas por cadeias de polietilenoglicol (PEG) ligadas por anéis de hidroxipropil-α-ciclodextrina (HPαCD) em um hidrogel à base de água.

"Como os hidrogéis têm mais de 50% de água, eles são considerados altamente biocompatíveis, essencial para aplicações médicas, "disse Mayumi." O próximo estágio da pesquisa para nós é tentar diferentes arranjos de moléculas. Se pudermos simplificar as estruturas que usamos, então podemos reduzir o custo dos materiais, o que também ajudará a acelerar a adoção deles pela indústria médica. "