A mineralização do material muda em reação à força aplicada externamente.
[Imagem: Pam Li/Johns Hopkins University]
Material responsivo
Inspirando-se no modo como os recifes de coral e os ossos humanos ajustam sua deposição de minerais em resposta às forças do ambiente circundante, pesquisadores criaram um material autoadaptável capaz de alterar sua rigidez em resposta às forças aplicadas a ele.O objetivo é criar materiais que possam se autorreforçar para se preparar para um aumento de carga ou reagir a esses aumentos para evitar propagação de danos.
"Imagine um implante ósseo ou uma ponte que possa se autorreforçar quando uma força mais elevada for aplicada, sem inspeção ou manutenção. Isso irá permitir implantes e pontes mais seguros, com o mínimo de complicações, custos e tempo de inatividade," disse Sung Hoon Kang, da Universidade Johns Hopkins, nos EUA.
A equipe usou materiais capazes de converter forças mecânicas em cargas elétricas, sendo que essas cargas são proporcionais à força externa. Esses materiais são usados como estruturas de suporte, fazendo os sinais elétricos servirem como gatilhos para iniciar um processo de mineralização a partir de íons minerais presente no ambiente.
Quando esses materiais foram mergulhados em um fluido corporal simulado - simulando concentrações iônicas do plasma sanguíneo humano - os minerais começaram a se formar em sua superfície. A equipe também confirmou ser possível controlar os tipos de minerais formados controlando a composição de íons do fluido.
Amostra do material e sua microestrutura autorreforçada.
[Imagem: Santiago Orrego et al. - 10.1002/adma.201906970]
Aplicações médicas
O próximo teste consistiu em repetir o experimento montando uma espécie de pistão que ia aumentando gradualmente a pressão aplicada sobre pontos específicos do material. Deu certo: as regiões submetidas a maior tensão apresentaram maior acúmulo de minerais, com a espessura do mineral adicional sendo proporcional à raiz quadrada do estresse aplicado.A técnica, dizem os pesquisadores, é simples, de baixo custo e não requer energia extra.
"Nossas descobertas podem abrir caminho para uma nova classe de materiais autorregeneráveis que podem autorreforçar áreas danificadas," diz Kang, reconhecendo que o caminho está mais limpo para aplicações como o tratamento de doenças ósseas ou fraturas, resinas inteligentes para tratamentos dentários ou outras aplicações similares.
Como o material precisa ficar mergulhado em um fluido com a concentração suficiente de íons, as pontes e estruturas de engenharia que o pesquisador cita como aplicações potenciais terão que esperar por um pouco mais de desenvolvimento da tecnologia.
Bibliografia
Artigo: Bioinspired Materials with Self-Adaptable Mechanical PropertiesAutores: Santiago Orrego, Zhezhi Chen, Urszula Krekora, Decheng Hou, Seung-Yeol Jeon, Matthew Pittman, Carolina Montoya, Yun Chen, Sung Hoon Kang
Revista: Advanced Materials
DOI: 10.1002/adma.201906970
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