El hidrogel autorreparable impreso en 3D se muestra prometedor para la medición de la deformación

El hidrogel autorreparable impreso en 3D se muestra prometedor para la medición de la deformación


En el estudio se presenta un enfoque novedoso para sintetizar hidrogeles autorregenerables y sensores de deformación blanda, disponible como prueba preliminar en la revista. Polímeros de carbohidratos.

El hidrogel autorreparable impreso en 3D se muestra prometedor para la medición de la deformación​​​​​​

​​​​​​Estudio: un hidrogel de nanocelulosa/nanoquitina autocurativo dinámico imprimible en 3D y un sensor de deformación suave. Crédito: Foryoui3/Shutterstock.com

El surgimiento de la electrónica blanda

Soft Electronics (SE) es una nueva tecnología destinada a mejorar el nivel de vida de los consumidores a través de sistemas de vigilancia portátiles. Esta nueva tecnología abre nuevas posibilidades para el diseño y desarrollo de pieles electrónicas mecánicamente maleables, seguras y receptivas, robots blandos e interfaces hombre-máquina (HMI).

Al igual que todos los sistemas hechos por el hombre, los SE están sujetos a fallas inesperadas e irreversibles debido a la tensión física y la fractura. Por otro lado, muchos procesos biológicos han adquirido la capacidad de repararse a sí mismos después del daño. Un buen ejemplo es la piel humana, que tiene la capacidad de recuperar sus capacidades electromecánicas después de una lesión.

Una mirada a los hidrogeles

También conocidos como sensores de tensión suave, los hidrogeles pueden repararse a sí mismos más rápido que el tejido de la piel mientras resisten las condiciones del mundo real. Estos hidrogeles son nanoestructuras blandas reticuladas en 3D que pueden aparecer como objetos sólidos a nivel macroscópico mientras retienen una gran cantidad de fluido biológico, replicando así la matriz extracelular natural.

Debido a sus tremendas ventajas, los hidrogeles son adecuados para uso a gran escala en aplicaciones biológicas, incluido el uso en ingeniería de tejidos, administración de fármacos y piel electrónica, pero debido a su estructura molecular similar a un líquido, estos geles a menudo tienen propiedades mecánicas insuficientes.

hidrogeles imprimibles en 3D

Para que los hidrogeles se puedan imprimir e inyectar, deben estar presentes entrecruzamientos temporales dentro de sus estructuras. Esta presencia de enlaces cruzados temporales es esencial porque los enlaces cruzados temporales exhiben un comportamiento de adelgazamiento por cizallamiento, una propiedad que no puede asociarse con los enlaces cruzados permanentes.

Los enlaces cruzados temporales también pueden impartir un comportamiento dinámico a estos geles, como B. Autocuración y autocuración, lo que les permite restaurar sus propiedades básicas después de una lesión, lo que resulta en una mejor durabilidad.

Principales retos y cómo afrontarlos

Debido a la rápida movilidad molecular asociada con la unión dinámica, la impresión de hidrogeles dinámicos en hebras de filamentos sólidas, ininterrumpidas y basadas en la estabilidad dimensional sigue siendo un desafío.

Tanto los enlaces químicos como los físicos se pueden usar para crear hidrogeles que proporcionen propiedades dinámicas. Sin embargo, a diferencia de las conexiones físicas, la mayoría de las conexiones dinámicas no tienen poderes de autorreparación autónomos. Sin embargo, la síntesis de imina es un enfoque prometedor para fabricar hidrogeles autocurativos compatibles e imprimibles en 3D.

Los enlaces aldehído en los polisacáridos se pueden generar mediante oxidación con peryodato para producir un hidrogel de imina. Sin embargo, esta oxidación reduce el peso de la molécula dentro de la matriz polimérica. Como resultado de esta reducción de peso, los hidrogeles producidos son frágiles e inadecuados para el uso práctico.

Una forma de lidiar con este dilema y formular un hidrogel autorregenerador para fines humanos prácticos es minimizar la oxidación. Alternativamente, se pueden incorporar nanohebras con grupos aldehído en una matriz polimérica basada en amina para mejorar la producción de imina.

Un nuevo enfoque de la síntesis

En este estudio, el equipo generó por primera vez grupos aldehído en nanohebras de celulosa (CN). A esto le siguió la creación de un hidrogel dinámico a base de nanopolisacárido de imina mediante la combinación de carboxilmetilquitosano (CMC), nanohebras de quitina (ChN) y nanohebras de celulosa previamente oxidadas (OCN).

Como consecuencia directa de las interacciones imina entre los grupos amino de ChN y CMC y los grupos basados ​​en aldehído, se espera que el compuesto nanohíbrido resultante muestre una respuesta dinámica y propiedades mecánicas superiores, así como una mejora en la estabilidad.

Conclusiones clave del estudio

Al combinar los tres enlaces dinámicos separados: enlaces de coordinación de hidrógeno, imina y catecolato metal (CMCB), el equipo creó un hidrogel autorrecuperable, dinámico e imprimible en 3D, ideal para fines de medición de tensión suave.

Para lograr esto, se combinaron CMC, OCN y ChN para crear un hidrogel de imina que contenía dos pasos adicionales de postentrecruzamiento.

El equipo descubrió que los OCN con grupos aldehído en polímeros a base de amina creaban entrecruzamientos de imina y también impartían un comportamiento dinámico y propiedades mecánicas superiores al hidrogel resultante.

El gel también demostró propiedades excepcionales de autocuración, autodilución, autoadhesión, conducción y propiedades morfológicas personalizables. Estas propiedades también fueron acompañadas por una flexibilidad y estabilidad eléctrica consistente y distinta, lo que permitió mediciones de resistencia en tiempo real en diferentes ángulos de curvatura.

La creación de un sistema dinámico triple dentro del hidrogel fue responsable de la autorreparación y restauración excepcionales del gel en circunstancias neutras y sin la presencia de estimulación externa. Además, el hidrogel de autorreparación mostró excelente capacidad de impresión, biocompatibilidad y detección de tensión.

El equipo llegó a la conclusión de que los hidrogeles imprimibles en 3D son prometedores para el diseño y la fabricación de dispositivos innovadores y flexibles de galgas extensométricas para su uso en electrónica blanda.

referencia

Heidarian P, Gharaie S, Yousefi H, Paulino M, Kaynak A, Varley R y Kouzani A (2022). Un hidrogel de nanocelulosa/nanoquitina dinámico imprimible en 3D y un sensor de deformación suave. Polímeros de carbohidratos. Disponible en: https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2022.119545

Descargo de responsabilidad: Las opiniones expresadas aquí son las del autor, expresadas en su propia capacidad y no representan necesariamente las opiniones de AZoM.com Limited T/A AZoNetwork, el propietario y operador de este sitio. Este descargo de responsabilidad forma parte de las condiciones de uso de este sitio web.

Related post

Mantente borracho para seguir con vida en este divertido juego de zombis de realidad virtual

Mantente borracho para seguir con vida en este divertido…

El hecho de que el mundo se esté acabando no significa que no puedas divertirte. Gran parte de la población mundial…
Shores Of Loci es un magnífico juego de rompecabezas de realidad virtual para Quest, PC VR

Shores Of Loci es un magnífico juego de rompecabezas…

Si quieres que tu acertijo de realidad virtual sea un poco más sobrenatural que Puzzling Places (o si literalmente solo quieres…
Roles acelerados para RPA en tecnología de la información

Roles acelerados para RPA en tecnología de la información

Publicación patrocinada La automatización robótica de procesos (RPA) es una forma contemporánea de automatización de procesos comerciales que permite a cualquiera…

Leave a Reply

Tu dirección de correo electrónico no será publicada.