Los investigadores han desarrollado ‘baterías de gelatina’ blandas y elásticas que podrían usarse para dispositivos portátiles o robótica blanda, o incluso para administrar medicamentos al cerebro o tratar afecciones como la epilepsia.
Investigadores de la Universidad de Cambridge se inspiraron en los piojos eléctricos, que aturden a sus presas con células musculares modificadas llamadas electrocitos.
Al igual que los electrolitos, el material gelatinoso desarrollado por los investigadores de Cambridge tiene una estructura en capas, como un Lego pegajoso, que les permite conducir electricidad.
Las baterías de gelatina autorreparables pueden estirarse hasta diez veces su longitud original sin afectar su conductividad: es la primera vez que tal estiramiento y conductividad se combinan en un solo material. Los resultados se publican en la revista. Avances en la ciencia.
Las baterías Jelly están hechas de hidrogeles: redes 3D de polímeros que contienen más del 60% de agua. Los polímeros se mantienen unidos mediante interacciones reversibles de encendido/apagado que controlan las propiedades mecánicas del gel.
La capacidad de controlar con precisión las propiedades mecánicas e imitar las propiedades del tejido humano hace que los hidrogeles sean candidatos ideales para la robótica blanda y la bioelectrónica. Sin embargo, deben ser conductores y flexibles para tales aplicaciones.
“Diseñar un material que sea altamente elástico y altamente conductor es difícil, ya que estas dos propiedades suelen estar en desacuerdo”, dijo el primer autor Stephen O’Neill, del Departamento de Química Yusuf Hameed de Cambridge. “En general, cuando se estira un material, la conductividad disminuye”.
“Normalmente, los hidrogeles están hechos de polímeros que tienen una carga neutra, pero si los cargamos pueden volverse conductores”, dijo el coautor Dr. Jed McKeown, del Departamento de Química. “Y al cambiar los componentes de sal de cada gel, podemos hacerlos pegajosos y mantenerlos unidos en múltiples capas, de modo que podemos crear un enorme potencial energético”.
La electrónica convencional utiliza materiales metálicos duros con electrones como portadores de carga, mientras que las baterías de gelatina utilizan iones para transportar la carga, como las anguilas eléctricas.
Los hidrogeles se adhieren firmemente entre sí debido a enlaces reversibles que se pueden formar entre diferentes capas, utilizando moléculas en forma de barril llamadas cucurbiturilos que actúan como esposas moleculares. Debido a la fuerte adhesión entre las capas que proporcionan las esposas moleculares, las baterías de gelatina se pueden estirar sin que las capas se separen y, lo que es más importante, sin pérdida de conductividad.
Las propiedades de las baterías de gelatina las hacen prometedoras para su uso futuro en implantes biomédicos, ya que son suaves y adaptables al tejido humano. “Podemos adaptar las propiedades mecánicas de los hidrogeles para que coincidan con las del tejido humano”, dijo el profesor Oren Sherman, director del Laboratorio Melville de Síntesis de Polímeros, quien dirigió la investigación junto con el profesor George Miliaras del Departamento de Ingeniería. “Como no contienen componentes duros como el metal, es mucho menos probable que el cuerpo rechace los implantes de hidrogel o que se acumule tejido cicatricial”.
Además de su suavidad, los hidrogeles también son sorprendentemente resistentes. Pueden soportar ser aplastados sin perder permanentemente su forma original y pueden curarse a sí mismos cuando se dañan.
Los investigadores están planeando experimentos futuros para probar los hidrogeles en organismos vivos y evaluar su idoneidad para una variedad de aplicaciones clínicas.
La investigación fue financiada por el Consejo Europeo de Investigación y el Consejo de Investigación en Ingeniería y Ciencias Físicas (EPSRC), parte de Investigación e Innovación del Reino Unido (UKRI). Orion Sherman es miembro del Jesus College de Cambridge.
