Investigadores de Cambridge han desarrollado baterías de gel elásticas y suaves que podrían ser utilizadas en dispositivos portátiles, robótica blanda e incluso implantadas en el cerebro para administrar medicamentos o tratar condiciones como la epilepsia.
Los investigadores del grupo Scherman se inspiraron en las anguilas eléctricas, que aturden a sus presas con células musculares modificadas llamadas electroplacas.
Al igual que las electroplacas, los materiales en forma de gel desarrollados por el grupo tienen una estructura en capas, similar a los bloques de construcción, que los hace capaces de generar una corriente eléctrica.
Baterías de gel autosuficientes y elásticas
Estas baterías de gel autosuficientes pueden estirarse más de diez veces su longitud original sin afectar su conductividad, siendo esta la primera vez que tal elasticidad y conductividad se combinan en un solo material. Los resultados fueron publicados en la revista Science Advances.
Las baterías de gel están hechas de hidrogeles: redes tridimensionales de polímeros que contienen más del 60% de agua. Los polímeros se mantienen unidos mediante interacciones reversibles de encendido/apagado que controlan las propiedades mecánicas del gel.
La capacidad de controlar con precisión las propiedades mecánicas y de imitar las características del tejido humano convierte a los hidrogeles en candidatos ideales para la robótica blanda y la bioelectrónica. Sin embargo, deben ser tanto conductivos como elásticos para tales aplicaciones.
Retos en el diseño de materiales
«Es difícil diseñar un material que sea altamente elástico y altamente conductivo, ya que esas dos propiedades normalmente son opuestas«, dijo Stephen O’Neill, estudiante de doctorado y primer autor del artículo. «Típicamente, la conductividad disminuye cuando un material se estira«.
«Normalmente, los hidrogeles están hechos de polímeros que tienen una carga neutra, pero si los cargamos, pueden volverse conductivos«, dijo la coautora Dra. Jade McCune. «Y al cambiar el componente de sal de cada gel, podemos hacerlos pegajosos y aplastarlos juntos en múltiples capas, de manera que podemos acumular un mayor potencial energético«.
Estructura similar a la de las anguilas
La electrónica convencional utiliza materiales metálicos rígidos con electrones como portadores de carga, mientras que las baterías de gel utilizan iones para transportar la carga, similar a las anguilas eléctricas.
Los hidrogeles se adhieren fuertemente entre sí gracias a los enlaces reversibles que pueden formarse entre las diferentes capas, utilizando moléculas en forma de barril llamadas cucurbiturilos que actúan como esposas moleculares. La fuerte adhesión entre capas proporcionada por las esposas moleculares permite que las baterías de gel se estiren, sin que las capas se separen y, lo más importante, sin pérdida de conductividad.
Aplicaciones futuras
Las propiedades de las baterías de gel las hacen prometedoras para su uso futuro en implantes biomédicos, ya que son suaves y se adaptan al tejido humano. «Podemos personalizar las propiedades mecánicas de los hidrogeles para que coincidan con el tejido humano«, dijo el profesor Oren Scherman, director del Laboratorio Melville para la Síntesis de Polímeros, quien dirigió la investigación en colaboración con el profesor George Malliaras del Departamento de Ingeniería. «Dado que no contienen componentes rígidos como el metal, un implante de hidrogel sería mucho menos probable que sea rechazado por el cuerpo o cause la acumulación de tejido cicatricial«.
Además de su suavidad, los hidrogeles también son sorprendentemente resistentes. Pueden soportar ser aplastados sin perder permanentemente su forma original y pueden autorrepararse cuando se dañan.
Los investigadores están planificando futuros experimentos para probar los hidrogeles en organismos vivos y evaluar su idoneidad para una variedad de aplicaciones médicas.
Vía www.ch.cam.ac.uk
Anónimo dice
pero el pez tiene corazón por tanto tiene circulación