A pele humana possui características semelhantes a um gel, mas possui qualidades únicas e muito difíceis de reproduzir. Combina alta rigidez com flexibilidade e possui notável capacidade de autorregeneração, muitas vezes cicatrizando completamente em até 24 horas após uma lesão. Até agora, os géis artificiais conseguiram replicar essa alta rigidez ou as propriedades de autorreparação da pele natural, mas não ambos. Agora, uma equipe de pesquisadores da Universidade Aalto e da Universidade de Bayreuth é a primeira a desenvolver um hidrogel com uma estrutura única que supera limitações anteriores, abrindo caminho para aplicações como administração de medicamentos, cicatrização de feridas, sensores robóticos macios e pele artificial.
No estudo inovador, os pesquisadores adicionaram nanofolhas de argila específicas, excepcionalmente grandes e ultrafinas, a hidrogéis, que normalmente são macios e esponjosos. O resultado é uma estrutura altamente ordenada com polímeros densamente entrelaçados entre as nanofolhas, não apenas melhorando as propriedades mecânicas do hidrogel, mas também permitindo que o material se autorrepare. A pesquisa foi publicada na revista Nature Materials.
O segredo do material não está apenas no arranjo organizado das nanofolhas, mas também nos polímeros entrelaçados entre elas – e em um processo tão simples quanto assar. O pesquisador de pós-doutorado Chen Liang misturou um pó de monômeros com água contendo nanofolhas. A mistura foi então colocada sob uma lâmpada UV – semelhante à usada para fixar esmalte em gel. “A radiação UV da lâmpada faz com que as moléculas individuais se liguem, de modo que tudo se torna um sólido elástico – um gel”, explica Liang.
“Emaranhamento significa que as finas camadas de polímero começam a se enrolar umas nas outras como minúsculos fios de lã, mas em ordem aleatória”, acrescenta Hang Zhang , da Universidade Aalto. “Quando os polímeros estão totalmente entrelaçados, eles se tornam indistinguíveis uns dos outros. Eles são muito dinâmicos e móveis no nível molecular e, quando você os corta, eles começam a se entrelaçar novamente.” Quatro horas após o corte com uma faca, o material já está 80% ou 90% autorreparado. Após 24 horas, geralmente está completamente reparado. Além disso, um hidrogel de um milímetro de espessura contém 10.000 camadas de nanofolhas, o que torna o material tão rígido quanto a pele humana e lhe confere um grau comparável de elasticidade e flexibilidade.
“A chave para alcançar alta resistência é a adição de nanofolhas de argila ultragrandes e finas, que apresentam inchaço extremamente uniforme em contato com a água. Para visualizar o fenômeno em nanoescala, pode-se imaginar uma pilha de papel de impressora separada a uma distância uniforme de 1 mm. Os polímeros são então comprimidos entre as nanofolhas”, acrescentou o Prof. Josef Breu. A colaboração foi liderada pelo Dr. Hang Zhang, pelo Prof. Olli Ikkala e pelo Prof. Josef Breu. As nanofolhas de argila sintética foram projetadas e fabricadas pelo Prof. Josef Breu na Universidade de Bayreuth, na Alemanha. Os pesquisadores da Aalto utilizaram as instalações do Centro de Nanomicroscopia, que faz parte da OtaNano, a infraestrutura nacional finlandesa de pesquisa para tecnologias nano, micro e quânticas.
“Hidrogéis rígidos, fortes e autorregeneradores são um desafio há muito tempo. Descobrimos um mecanismo para fortalecer os hidrogéis convencionalmente macios. Isso pode revolucionar o desenvolvimento de novos materiais com propriedades bioinspiradas”, diz Zhang. “Este trabalho é um exemplo empolgante de como os materiais biológicos nos inspiram a buscar novas combinações de propriedades para materiais sintéticos. Imagine robôs com peles robustas e autorreparadoras ou tecidos sintéticos que se reparam de forma autônoma”, diz Olli Ikkala , da Universidade Aalto. E embora ainda haja um longo caminho a percorrer antes da aplicação no mundo real, os resultados atuais representam um salto crucial, sem falar no impacto que pode causar tanto na medicina como na tecnologia.
