Cartilagem sintética se inspira no similar humano e é forte e flexível

Não é de hoje que os engenheiros buscam inspiração na natureza para criar equipamentos eficazes, com soluções simples e que passaram por milhões de anos de evolução até chegar ao design atual. Desta vez, pesquisadores da Universidade Leeds em parceria com o Colégio Imperial de Londres, ambos da Inglaterra, desenvolveram um material sintético que imita a cartilagem humana.

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Durante muito tempo, os cientistas vêm tentando reproduzir o tecido mole e fibroso que é encontrado ao redor das nossas articulações. A cartilagem fornece uma camada protetora e lubrificante entre os ossos, permitindo aliviar a carga e o atrito enquanto andamos, corremos ou nos levantamos.

Com a nova descoberta, a ideia é usar o material, que também possui propriedades amortecedoras, em várias áreas da engenharia como na produção de rolamentos mais leves e com uma durabilidade muito maior.

Por que a cartilagem?

Além da elasticidade e da absorção de impacto, a cartilagem é um material poroso bifásico, ou seja, ela existe nas fases sólida e fluida (sinovial). Essa característica proporciona não apenas a lubrificação das articulações, como também fornece uma espécie de almofada bastante eficaz e que consegue suportar uma grande quantidade de compressão.

“Como a cartilagem é porosa, esse líquido sinovial quando é drenado, ajuda a dissipar a energia pelo corpo, protegendo as partes envolvidas do desgaste precoce”, explica o professor Siavash Soltanahmadi.

As cartilagens são capazes de repetir esse ciclo de alívio e compressão por milhares de vezes sem perder a eficácia, mantendo as características originais durante a maior parte da vida dos seres humanos e foi justamente isso que chamou a atenção dos pesquisadores.

Aplicações na engenharia

As tentativas anteriores de produzir cartilagens sintéticas usavam hidrogéis como matéria-prima. Esses materiais eram ótimos para reduzir o atrito, mas não se saíam muito bem quando eram submetidos aos ciclos de compressão, demorando muito para retornar à sua forma original.

Esse problema foi superado graças ao uso de uma matriz de polidimetilsiloxano, que é um polímero feito à base de silicone, para criar um material poroso e sintético que pudesse ser comprimido sem perder a elasticidade e a capacidade de lubrificação.

“Agora desenvolvemos um material para aplicações de engenharia que imita algumas das propriedades mais importantes encontradas na cartilagem, e isso só foi possível porque encontramos uma maneira de imitar a forma como a natureza o faz”, diz o professor Soltanahmadi.

Nos experimentos feitos em laboratório, os pesquisadores observaram que a capacidade de absorver impacto e voltar ao estado normal do hidrogel na matriz de polidimetilsiloxano foi de 14 a 19 vezes maior do que a do hidrogel sozinho.

Água em vez de óleo

Ao usar água como peça chave na lubrificação da cartilagem sintética, os cientistas enxergam aplicações que vão além da engenharia convencional. Sem a necessidade de usar óleo como lubrificante as possibilidades são muito maiores.

“A capacidade de usar água como um lubrificante eficaz tem muitas aplicações, desde geração de energia até a criação de dispositivos médicos, capazes de substituir cartilagens naturais com a mesma eficiência”, afirma o professor Michael Bryant.

Por enquanto, os pesquisadores pretendem utilizar o novo material na fabricação de equipamentos leves, que precisem balancear durabilidade e agilidade, mas no futuro a ideia é que cartilagens sintéticas possam ser usadas como peças de reposição para partes do nosso corpo que já não funcionem mais como antes.

O que você acha que no futuro poderemos substituir as “peças” do nosso corpo com materiais feitos em laboratório?

Fonte: University of Leeds