Segundo a Universidade da Virgínia, um novo tipo de material imprimível em 3D que interage com o sistema imunológico do corpo pode levar a tecnologias médicas mais seguras para transplantes de órgãos e sistemas de administração de medicamentos. Também pode aprimorar as tecnologias de baterias.
A descoberta é o tema de um novo artigo na revista Advanced Materials, baseado em um trabalho realizado pelo Laboratório de Biomatéria Macia da Universidade da Virgínia, liderado por Liheng Cai, professor associado de ciência e engenharia de materiais e engenharia química. O primeiro autor do artigo é Baiqiang Huang, estudante de doutorado na Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas.
A pesquisa deles mostra uma maneira de alterar as propriedades do polietilenoglicol para criar redes extensíveis. O PEG, como é conhecido, é um material já utilizado em muitas tecnologias biomédicas, como a engenharia de tecidos, mas a forma como as redes de PEG são produzidas atualmente – criadas em água por meio da reticulação de polímeros lineares de PEG, com a água sendo removida posteriormente – resulta em uma estrutura cristalina e quebradiça que não consegue se esticar sem perder sua integridade.
O avanço na elasticidade é uma característica importante, pois a capacidade de esticar permitiria o uso de redes de PEG em estruturas maiores ou em estruturas que exigem alguma flexibilidade e movimento, como o andaime necessário futuramente para órgãos humanos sintéticos.
Design dobrável
Para criar essa elasticidade, a equipe se baseou em trabalhos anteriores do laboratório de Cai, que já havia desenvolvido uma maneira de criar polímeros sintéticos muito resistentes. A abordagem inspirou-se nos métodos usados para criar borracha elástica e resistente: armazenar comprimento em estruturas internas no nível molecular.
Essas estruturas internas, chamadas de design de “escova de garrafa dobrável”, criam um material que pode ser ao mesmo tempo muito resistente e muito elástico. As moléculas poliméricas possuem muitas cadeias laterais flexíveis que irradiam de uma estrutura central que pode se comprimir como uma sanfona – armazenando comprimento extra que pode ser desdobrado.
“Nosso grupo descobriu esse polímero e usou essa arquitetura para mostrar que qualquer material fabricado dessa forma é muito extensível”, disse Cai.
Para criar o novo material, Huang aplicou o conceito de polímero em forma de escova dobrável ao PEG. Ele expôs a mistura precursora à luz ultravioleta por alguns segundos, o que inicia a polimerização para formar uma rede com arquitetura de escova. Isso resultou em hidrogéis à base de PEG altamente extensíveis e elastômeros sem solventes, que podem ser impressos em 3D.
“Podemos alterar o formato das luzes UV para criar inúmeras estruturas complexas”, disse Huang, incluindo estruturas que podem ser macias ou rígidas, mas que permanecem elásticas por design. Esse tipo de versatilidade no design poderá, um dia, permitir a criação de novas técnicas para a produção de órgãos artificiais ou para a administração de medicamentos.
O artigo também demonstra que os materiais PEG elásticos, imprimíveis em 3D, são biocompatíveis. Os pesquisadores cultivaram células junto aos materiais para garantir que pudessem coexistir e que fossem compatíveis, afirmou Huang. Isso é uma ótima notícia para o seu potencial uso em materiais que seriam inseridos no corpo, como, por exemplo, em estruturas de suporte para órgãos.
Aplicações futuras
Em uma aplicação futura, também poderá ser possível combinar o PEG com outros materiais para criar materiais imprimíveis em 3D com diferentes composições químicas, abrindo caminho para muitas possibilidades de uso. Por exemplo, em comparação com os materiais existentes para eletrólitos poliméricos de estado sólido, os novos materiais apresentam maior condutividade elétrica e extensibilidade muito maior à temperatura ambiente.
“Essa propriedade destaca o novo material como um eletrólito de estado sólido promissor e de alto desempenho para tecnologias avançadas de baterias”, disse Cai. “Nossa equipe continua a explorar possíveis extensões da pesquisa em tecnologias de baterias de estado sólido.”
Os demais autores do artigo incluem Myoeum Kim, Pu Zhang, Emmanuel Oduro e Daniel A. Rau, colegas do Departamento de Engenharia da Universidade da Virgínia. O trabalho foi financiado pela Fundação Nacional de Ciência (NSF), pelos Institutos Nacionais de Saúde (NIH), pelo programa UVA LaunchPad for Diabetes e pelo fundo Commonwealth Commercialization da Virginia Innovation Partnership Corporation. Para saber mais sobre a pesquisa, acesse o site.
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