p Um material que engrossa quando você o puxa parece contradizer as leis da física. Contudo, o chamado efeito auxético, que também ocorre na natureza, é interessante para várias aplicações. Um novo estudo da Empa publicado recentemente em Nature Communications mostra como esse comportamento surpreendente pode ser melhorado e até mesmo usado para tratar ferimentos e danos aos tecidos. p A natureza nos mostra como fazer isso:um bezerro sugando leite do úbere de uma vaca mãe usa uma propriedade física fascinante do teto, que consiste em um tecido auxético. Paradoxalmente, tais tecidos não se tornam mais estreitos sob tensão, como um elástico, mas mais amplo, transversal à direção de tração. Portanto, o leite de vaca pode fluir livremente pela tetina. Os cientistas da Empa já demonstraram as surpreendentes propriedades auxéticas das membranas de nanofibras desenvolvidas especificamente para esse propósito. O estudo publicado em Nature Communications aponta para uma ampla gama de aplicações para materiais auxéticos, incluindo o uso de membranas auxéticas para regenerar o tecido humano após lesões.

p Lesões da pele ou danos aos tecidos dos órgãos internos são curados por, entre outras coisas, células migratórias que se assentam e formam um tecido saudável de reposição. O que geralmente é feito sem mais delongas no caso de, dizer, uma pequena incisão na ponta do dedo pode exceder as possibilidades do corpo humano, por exemplo, quando ocorrem feridas complexas, como queimaduras, ou quando uma regeneração de tecido mais ampla é necessária.

p Contudo, a regeneração do tecido pode ser facilitada:Se um suporte adequado for fornecido, as células desejadas se instalam mais facilmente e crescem ao longo da estrutura predefinida. Os pesquisadores da Empa no laboratório Biomimetic Membranes and Textiles em St. Gallen desenvolveram novos sistemas de matriz com propriedades auxéticas. Por eletrofiação, polímeros dissolvidos são fiados como filamentos finos em uma forma semelhante à matriz extracelular humana. Isso possibilita a produção de membranas multicamadas a partir de nanofibras que são biocompatíveis e podem ser implantadas no corpo humano. "Se biopolímeros como ácidos poliláticos são usados ​​no processo de fiação, as membranas podem até ser degradadas pelo corpo, "explica o pesquisador da Empa Giuseppino Fortunato. Além disso, substâncias bioativas ou drogas podem ser incorporadas às fibras para liberação controlada e minimizada.

p Tamanho de poro atraente

p Um dos desafios até agora tem sido tornar o tamanho dos poros na membrana torcida o mais atraente possível para que as células corporais desejadas adiram. Nas membranas originais, os fios de polímero formaram apenas poros minúsculos de alguns micrômetros. Com seus 20 micrômetros, Contudo, uma célula de tecido que vai colonizar o andaime é muito grande para caber confortavelmente na membrana.

p Depois que os pesquisadores otimizaram os parâmetros de rotação, uma rede de polímero com propriedades surpreendentes pode ser produzida:Quando a membrana foi exposta a forças de tração suaves, esticando-o em cerca de 10 por cento, em vez de se tornar mais fino, o material aumentou cerca de 5 vezes em volume e até 10 vezes em espessura. "Um efeito auxético dessa magnitude é quase um recorde mundial, "entusiasma-se Alexander Ehret, do laboratório Experimental de Mecânica Contínua da Empa. Ehret e sua equipe previram o efeito extraordinário usando modelagem mecânica e simularam-no no computador antes de analisar amostras de membrana experimentalmente." Executamos as simulações no computador várias vezes porque os resultados foram tão surpreendente, "diz Ehret. O efeito auxético, que pode ser quantificado matematicamente pela razão entre deformação transversal e longitudinal - a razão de Poisson -, é caracterizado por valores negativos para o coeficiente de Poisson. "Até aqui, valores em torno de -20 foram alcançados. Nossos resultados foram bem abaixo de -100, "diz o especialista em biomecânica.

p E com certeza:nos testes de tração, as membranas de polímero se comportaram como simuladas no computador. O efeito pode ser explicado por fibras que se realinham sob tensão e, portanto, exercem pressão sobre seus colegas transversais na rede. Dependendo de seu comprimento e espessura, as fibras sob pressão são forçadas a dobrar para cima ou para baixo e, portanto, levam a um aumento de volume.

p Expanda sob demanda

p Basicamente, as membranas eletrofiadas são adequadas para o tratamento de feridas e danos nos tecidos em locais tão diversos quanto na pele, em vasos sanguíneos e em órgãos internos ou mesmo em lesões ósseas. Uma seleção apropriada de polímeros e parâmetros de fiação otimizados permitem que a membrana polimérica seja adaptada às propriedades do tecido alvo. “Graças ao maior volume causado pelo efeito auxético, as estruturas da matriz agora são ainda mais atraentes para as células do corpo e podem facilitar o processo de cicatrização, "diz Giuseppino Fortunato.

p Além de seu uso na biomedicina, o conceito, que já está com patente pendente, também pode ser aplicado em várias outras áreas. De acordo com os pesquisadores, membranas que podem ser ativadas por estresse para liberar partículas fechadas, filtros ajustáveis ​​ou material de enchimento que só se expande até seu volume final no ponto de uso, ou seja, quase "expandir sob demanda, "são potenciais aplicações futuras.

p A estrutura das nanofibras

p A estrutura interna das nanofibras individuais tem uma grande influência nas propriedades das membranas. Se as nanofibras forem tratadas com certos solventes, a estrutura das nanofibras pode ser elucidada. O pesquisador da Empa Alexandre Morel descobriu agora que a variação dos parâmetros de fiação resulta em diferentes estruturas de fibra, como fases fibrilares ou shish kebab. No microscópio eletrônico, as estruturas do kebab aparecem como camadas empilhadas que se assemelham a um espeto do kebab. Eles têm uma grande influência nas propriedades mecânicas das membranas e, portanto, também no efeito auxético.