Esta ‘piel’ es tan resistente como un diente artificial y puede repararse sola


En 1941, George de Mestral, un ingeniero suizo, notó que su perro estaba cubierto de semillas con espinas después de una caminata por los Alpes. Catorce años y muchos microscopios después, de Mestral patentó el diseño enganchado del velcro, inspirado por las espinas. El velcro es probablemente la mejor forma de biomimetismo, o diseños humanos basados en estructuras naturales. Desde entonces, el moco de las babosas ha inspirado el pegamento quirúrgico, las hojas de loto han ayudado a crear superficies que se limpian solas, y la seda de las arañas ha sido usada para crear fibras resistentes.

La versión más reciente es un polímero que imita la piel humana y es tan duro como el esmalte de los dientes artificiales, descrita en un estudio publicado por ACS Nano.

Imagen: Yang et al

“Siempre nos ha impresionado el poder de la naturaleza para crear estructuras sofisticadas usando la manera más elegante”, me dijo Ming Yang, autor principal de este estudio y profesor en el Instituto Tecnológico de Harbin en China, vía email. Yang y sus coautores modelaron el material que desarrollaron a partir de la piel humana, buscando crear un polímero que se repare solo y sea resistente.

Cuando la epidermis, la capa gruesa externa de la piel, se daña, las células de la capa suave que queda debajo migran hacia arriba para ayudar a curar el daño, poniéndose duras y transformándose en células muertas para proteger las capas que siguen vivas.

Sin embargo, nuestra piel no es muy rígida. No es tan dura como el esmalte dental, pero nuestros dientes no pueden repararse solos, como lo sabe cualquiera que haya tenido una caries. Yang y sus coautores crearon un material que posee las cualidades de ambos con una estructura de varias capas similar a la piel para imitar el proceso de autorreparación.

Crearon las capas usando alcohol polivinilo, un polímero sintético que se ha usado en todo, desde la pesca hasta las gotas oculares, y para el ácido tánico, que se usa para manchar madera y volver clara la cerveza. Ninguno es dañino al medio ambiente, me dijo Yang. Él y sus coautores la describen como la capa “viva”, porque actúa como la capa viva bajo la epidermis. Las capas superiores tienen concentraciones altas de óxido de grafeno, una sustancia dura que es usada en los electrodos de baterías.

Los investigadores no podían simplemente juntar estas capas, porque no se repararían por sí mismas. “Puedes sólo apilar las dos capas, pero es probable que no el resultado sea sólo una capa más gruesa”, dijo Yang.

La estructura requiere más detalle: capas con mezclas de los polímeros y enlaces entre ellos para que puedan interactuar y responder a los daños. Los investigadores crearon este efecto usando el ensamblaje molecular, una técnica que posiciona las moléculas precisamente para controlar las reacciones químicas. En vez de que más células se mueran y endurezcan cuando llegan a la superficie, el material tiene una mayor cantidad de óxido de grafeno con cada capa.

Cuando se corta el material, las moléculas más suaves del alcohol polivinilo y del ácido tánico pueden llenar las áreas dañadas, transportadas por una red de enlaces de hidrógeno. La dureza de las capas superiores las mantienen en su lugar después de eso.

Recubrimiento inteligente jerárquico y epidermis humana. Imagen: Yang et al

El material que resulta tiene una rigidez altísima de 31.4 GPa, o gigapascales, que es equivalente a aproximadamente 2 millones de kilos por centímetro cuadrado. Esto se asemeja al esmalte dental artificial creado mediante el uso de nanotecnología de 39.8 GPa, o unos 2.6 millones de kilos por centímetro cuadrado. (El esmalte natural, en contraste, tiene 89 GPa.)

Para probar sus habilidades de autorreparación, Yang y sus coautores usaron cuchillas para hacerle cortes profundos, y papel de lija para dañar áreas más amplias de la superficie, pero el material logró hacer una “recuperación completa” en todas las pruebas. Hasta logró mantener esa capa exterior igual de dura que antes.

El material también es antibacterial. Los investigadores dejaron que la bacteria E. coli corriera en círculos por el material, pero éste resultó tan protector como la piel humana. Eso lo podría hacer una “buena opción para revestimientos médicos”, dijo Yang. Si se combina con otros sistemas de polímeros que se han desarrollado para responder a luz o al calor, Yang y los otros autores vislumbran su uso en la odontología. El material disminuiría el riesgo de fallas electrónicas y reduciría los costos de mantenimiento.

Me pregunto si algún día tendremos iPhones que se reparen solos y que sean tan resistentes como nuestros dientes.

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