La próxima generación de materiales que se autorreparan, una gama de productos inventada por investigadores de la Universidad de Illinois, emula a la piel humana en su capacidad de regenerarse una y otra vez. Los nuevos materiales cuentan en su estructura interna con redes microvasculares tridimensionales que emulan a los sistemas circulatorios biológicos.
"De la misma forma que un corte superficial activa el flujo de sangre para promover la curación, una grieta en estos nuevos materiales activará el flujo del agente cicatrizador para reparar el daño", explica Nancy Sottos, profesora de ciencia e ingeniería de los materiales e integrante del equipo de investigación.
En el método inicialmente desarrollado, los materiales con capacidad de autorregeneración consistieron en un agente reparador microencapsulado y un catalizador, distribuidos por una matriz compuesta. Cuando el material se agrieta, las microcápsulas se rompen y descargan el "agente curativo". Éste reacciona entonces con el catalizador interno para reparar el daño.
Para crear sus materiales autorreparadores, los investigadores comienzan construyendo un andamio mediante un proceso de deposición robótica. El proceso emplea una tinta polimérica concentrada, suministrada como un filamento continuo, para fabricar una estructura tridimensional, capa por capa.
Una vez que se ha construido el andamio, se recubre con una resina epoxídica. Después de curada, la resina es calentada y se extrae la tinta que se licua, dejando un sustrato con una red de microcanales interconectados.
En los pasos finales, los investigadores depositan un recubrimiento epoxídico quebradizo sobre el sustrato, y se llena la red con un agente reparador líquido.
En las pruebas, la capa y el sustrato fueron doblados hasta que se formó una fisura en el recubrimiento. La fisura se propaga a través de la capa hasta que encuentra uno de los "capilares" llenos de fluido en la interfaz entre el recubrimiento y el sustrato. El agente reparador se mueve desde el capilar hasta la fisura donde interactúa con las partículas del catalizador. Si la fisura se vuelve a abrir bajo una tensión adicional, se repite el ciclo de reparación automática.
"En última instancia, la capacidad de lograr posteriores episodios de autorreparación, depende de la disponibilidad del catalizador activo", explica la investigadora Kathleen S. Toohey. "Si bien podemos bombear más agente de autorreparación en la red, el "tejido de cicatriz" se va acumulando sobre el recubrimiento, e impide que el agente de autorreparación alcance al catalizador".
En el sistema actual, el proceso de autorreparación se detiene después de siete ciclos. Esta limitación podría superarse llevando a cabo un nuevo diseño de la red microvascular basado en redes duales, según sugiere el equipo de investigación. El perfeccionamiento del diseño permitiría que pudieran ser explotadas nuevas autorreparaciones químicas, como las epoxídicas en dos partes, lo que podría llevar finalmente a una capacidad de autorreparación ilimitada.
Por ahora, el material puede reparar las fisuras en el recubrimiento epoxídico, equivalentes a pequeños cortes en la piel humana. El próximo paso es ampliar el diseño para que la red pueda reparar los desgarros que se extiendan hasta el sustrato del material.
El blog de nanotecnología y materiales avanzados de la Universidad de las Américas Puebla
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