Hidrogel sintético inspirado em lagostas combina elasticidade e resistência

Mais uma vez, os cientistas foram buscar na natureza uma solução para criar um material resistente e elástico ao mesmo tempo. Os engenheiros do MIT, nos EUA, fabricaram uma gelatina sintética inspirada no revestimento natural das barrigas de lagostas.

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A parte de baixo desses crustáceos é revestida por uma membrana, que apesar de ser fina e translúcida, é extremamente elástica e resistente. A combinação entre força e flexibilidade ajuda a proteger o corpo da lagosta enquanto ela rasteja no fundo do mar, além de permitir que ela nade com mais facilidade.

O hidrogel desenvolvido pelos cientistas também mostrou ter as mesmas características, como alta resistência à fadiga e a capacidade de suportar alongamentos, tensões e estiramentos por várias vezes sem deformar ou rasgar.

Namoro antigo

A procura por uma material resistente feito de hidrogel começou em 2019, com a utilização de água e polímeros reticulados. As nanofibras fabricadas nesse processo mostraram bons resultados de força, mas ainda não eram muito elásticas.

Em um novo estudo, os pesquisadores produziram fibras usando cargas elétricas para extrair fios ainda mais finos da solução de polímeros. Com cargas de alta voltagem, eles conseguiram nanofibras de 800 nanômetros, o que é uma fração do diâmetro de um fio de cabelo.

A resistência e a elasticidade aumentaram consideravelmente e as nanofibras foram submetidas a experimentos de estresse ao longo de milhares de ciclos. Os testes mostraram que os filmes nanofibrosos eram 50 vezes mais resistentes à fadiga do que os primeiros hidrogéis fabricados.

Durante esse período, os cientistas conheceram o trabalho do professor Ming Guo, que estudava as propriedades mecânicas das barrigas das lagostas, que se pareciam muito com o hidrogel sintético.

Estrutura bouligand

A membrana que reveste a barriga da lagosta é feita de lâminas de quitina dispostas em seções transversais empilhadas em ângulos de 36 graus. A formação, que se parece com uma escada espiral, é conhecida como estrutura bouligand, capaz de aumentar a elasticidade e a resistência da membrana.

“Aprendemos que essa estrutura bouligand no baixo-ventre da lagosta tem alto desempenho mecânico, o que nos motivou a ver se conseguiríamos reproduzir essas estruturas em materiais sintéticos”, diz o professor Shaoting Lin.

A partir dessa observação, os pesquisadores prepararam nanofibras alinhadas eletricamente para imitar as fibras das membranas das lagostas. Nos testes de laboratório, o hidrogel conseguiu um desempenho igual ao natural, suportando esticamentos sem rachar ou rasgar.

Aplicações variadas

No campo da medicina, o novo material poderia ser usado para reposição de tecidos elásticos, como tendões ou ligamentos artificiais, que precisam de resistência e elasticidade para desempenhar suas funções.

A equipe também submeteu o hidrogel sintético a testes de impacto microbalísticos e os resultados foram animadores. A energia absorvida pelo material foi de 40 quilojoules por quilograma.

“Isso significa que uma bola de aço de 5 milímetros lançada a 200 metros por segundo seria detida por 13 milímetros do material. Não é tão resistente quanto o Kevlar, que exigiria apenas um milímetro, mas o hidrogel supera o Kevlar em muitas outras categorias, como na elasticidade e leveza", explica o professor David Veysset.

A expectativa é que a descoberta do novo material possa acelerar a fabricação de hidrogéis nanofibrosos capazes de servir como tecidos artificiais flexíveis, resistentes e mais baratos do que os desenvolvidos até hoje.

Fonte: MIT