Idrogel autoriparante

gel - Foto di Anita LevesqueUn idrogel capace di ripararsi da solo in pochi secondi e in grado di formare legami abbastanza forti da resistere a trazioni ripetute. Questo materiale sintetico autoriparante potrebbe avere importanti applicazioni in campo medico, farmaceutico e industriale.

Un team di ricercatori della University of California, San Diego ha studiato un idrogel formato da un reticolo di molecole polimeriche provviste di catene laterali pendenti e flessibili che in presenza di un equilibrio ottimale tra frazioni idrofiliche e idrofobiche riescono a mediare i legami nelle interfacce dell’idrogel garantendo un minimo ingombro sterico e un ridotto collasso idrofobico.

Le catene laterali, proprio come le dita delle mani, possono congiungersi o lasciarsi conferendo al materiale le sue proprietà innovative.

Lo studio, pubblicato su PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences), mette in luce come l’idrogel si autoripari molto velocemente, sia quando il materiale viene fessurato sia quando due o più pezzi vengono avvicinati e giustapposti. Il ripristino della struttura dell’idrogel avviene in pochi secondi ed è reversibile mediante cambiamenti di pH che possono essere operati in modo da permette un controllo esterno sulla funzionalità del materiale.

Quando due pezzi di idrogel vengono posti affiancati l’uno all’altro in ambiente acido si uniscono all’istante. La regolazione del pH della soluzione in cui viene posto l’idrogel gioca un ruolo chiave: quando il pH si abbassa i pezzi di idrogel si saldano mentre quando si alza il pH si separano con facilità.

I ricercatori hanno verificato la capacità dell’idrogel di resistere a lungo nei confronti di successivi cicli di separazione e ripristino senza che vengano compromesse le proprietà meccaniche e la velocità con cui il materiale si autoripara.

La capacità di autoripararsi è una proprietà fondamentale degli organismi viventi che possono così affrontare e superare ripetuti danni ai tessuti. I ricercatori hanno cercato di mimare la natura mettendo a punto materiali sintetici “simili a tessuti” come gli idrogel.
Per realizzare le catene laterali dell’idrogel in modo da ottenere una veloce autoriparazione gli studiosi hanno usato un sistema di simulazioni grazie a cui hanno capito che la capacità di autoripararsi risulta strettamente associata alla lunghezza delle catene laterali delle molecole: una lunghezza ottimale delle “dita” garantisce le migliori proprietà autoriparanti.

L’idrogel potrebbe rivelarsi molto utile in numerosi settori come in campo medico, farmaceutico e industriale. Potrebbe essere impiegato per le suture e viste le sue caratteristiche autoriparanti in ambiente acido, come può essere ad esempio quello dello stomaco, se ne ipotizza l’uso per riparare perforazioni o per il rilascio mirato di farmaci. Sarebbe utile come sigillante industriale – ad esempio per containers contenenti sostanze acide – e per costruire plastiche autoriparanti così da ridurre i consumi e massimizzare il riciclo dei materiali.

I ricercatori ora puntano a testare il nuovo materiale su ampia scala e progettano di realizzare presto altri idrogel capaci di autoripararsi a diversi valori di pH allo scopo di estendere le potenziali applicazioni oltre a quelle attualmente previste per gli ambienti acidi.

Fonte

Ameya Phadkea, Chao Zhanga, Bedri Armanb, Cheng-Chih Hsuc, Raghunath A. Mashelkard, Ashish K. Leled, Michael J. Tauberc, Gaurav Aryab, and Shyni Varghese “Rapid self-healing hydrogels” PNAS 2012