Supergeleia macia e flexível suporta o peso de um elefante

Redação do Site Inovação Tecnológica - 03/12/2021

A aparência e a textura são as mesmas de uma gelatina - mas não adianta pisar nela que ela não se desmancha.
[Imagem: Zehuan Huang et al. - 10.1038/s41563-021-01124-x]

Hidrogel resistente à compressão

Pesquisadores criaram um material semelhante a uma gelatina que, mesmo sendo composto por 80% de água, consegue suportar o peso de um elefante sem se desfazer.

O material, macio e flexível, mas extremamente resistente, é um hidrogel, um tipo de material com largas aplicações porque é capaz de se autoconsertar quando é cortado ou se danifica.

Mas ninguém até hoje havia conseguido produzir um hidrogel resistente à compressão, uma força que normalmente os reduz a uma poça de água.

"Para fazer materiais com as propriedades mecânicas que desejamos, usamos reticuladores, onde duas moléculas são unidas por uma ligação química," contou o professor Zehuan Huang, da Universidade de Cambridge, no Reino Unido. "Usamos reticuladores reversíveis para fazer hidrogéis macios e elásticos, mas fazer um hidrogel duro e compressível é difícil e projetar um material com essas propriedades é totalmente contra-intuitivo."

Algemas moleculares

A solução foi encontrada em uma substância com moléculas em formato de barril, conhecidas como cucurbiturilos.

Um cucurbituril é uma molécula de reticulação que contém duas moléculas hóspedes em sua cavidade - como uma algema molecular. Os pesquisadores projetaram moléculas acessórias que preferem permanecer dentro da cavidade por mais tempo do que o normal, o que mantém a rede de polímero firmemente ligada, permitindo que ele resista à compressão.

A equipe não conseguiu um elefante para os testes, mas avaliou o material passando com um carro repetidas vezes sobre ele ou mantendo o carro parado com os pneus sobre o hidrogel. Ao final dos testes, o material estava intacto.

"Com 80% de conteúdo de água, você pensaria que ele explodiria como um balão d'água, mas isso não acontece: Ele permanece intacto e suporta enormes forças de compressão," disse o professor Oren Scherman. "As propriedades do hidrogel estão aparentemente em desacordo entre si."

A resistência à compressão do material pode ser controlada simplesmente mudando a estrutura química da molécula hóspede dentro da algema. Fazendo esse tipo de ajuste, a equipe fez o desempenho mecânico do hidrogel final variar de estados semelhantes à borracha até vidros.

"As pessoas têm passado anos fazendo hidrogéis semelhantes à borracha, mas isso é apenas metade do panorama," disse Scherman. "Nós revisitamos a física tradicional dos polímeros e criamos uma nova classe de materiais que abrange toda a gama de propriedades dos materiais, desde a borracha até a do vidro, montando o quadro completo."

O carro passou várias vezes sobre o material, ficou sobre ele, e ele continuou intacto.
[Imagem: University of Cambridge]

Sensores, robótica e medicina

Essa supergeleia pode ser usada para uma ampla gama de aplicações, incluindo robótica mole, bioeletrônica ou mesmo como um substituto da cartilagem para uso biomédico.

Por enquanto a equipe a utilizou para fabricar um sensor de pressão para monitoramento em tempo real dos movimentos humanos, incluindo ficar de pé, andar e pular.

"Até onde sabemos, esta é a primeira vez que se fabricou hidrogéis similares ao vidro. Nós não estamos apenas escrevendo algo novo nos livros didáticos, o que é realmente empolgante, mas estamos abrindo um novo capítulo na área de materiais macios de alto desempenho," concluiu Huang.

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