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Los materiales morphing adoptan nuevas formas
Los investigadores que desarrollaron suturas autoajustables que cambian de forma cuando se exponen a la luz ahora han creado estructuras morphing que pueden adoptar tres formas consecutivas en respuesta a los cambios de temperatura. Los polímeros que cambian de forma podrían eventualmente emplearse como stents removibles y sujetadores de cierre automático usados en el ensamblaje de piezas complejas.
Las estructuras están hechas de polímeros con memoria de forma, una clase de materiales que cambian de una forma preestablecida a otra en respuesta a una nueva condición, como el aumento de calor. En los últimos años, varios grupos de investigación han creado polímeros que responden a la luz o un campo magnético. Pero ahora los investigadores del MIT y el Centro de Investigación GKSS, en Teltow, Alemania, han agregado la capacidad de transformar polímeros en una tercera forma. Esta es la primera vez que se puede hacer que un material pase de la forma A a la B a la C, dice Robert Langer, profesor de ingeniería química del MIT y uno de los investigadores.
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VIDEO: Vea el material Morph
En el Actas de la Academia Nacional de Ciencias (PNAS) esta semana, los investigadores describen dos estructuras prototipo que utilizan los nuevos materiales. En el primer prototipo, un tubo de plástico aplanado se expande después de ser calentado, formando un tubo abierto que mantiene esta forma incluso después del enfriamiento. Cuando se calienta a una temperatura aún más alta, el diámetro del tubo se encoge. Una aplicación potencial: un stent que se puede abrir una vez colocado dentro del cuerpo de un paciente, como dentro de una arteria, y luego, una vez que el stent ha cumplido su función, se puede calentar nuevamente para que sea lo suficientemente pequeño como para quitarlo.
El otro prototipo se despliega y luego extiende dos brazos para sujetarse en su lugar (vea un video del proceso aquí). Este diseño podría ser útil en líneas de montaje para unir piezas de difícil acceso, dice Andreas Lendlein , director del Instituto de Investigación de Polímeros del Centro de Investigación GKSS y uno de los autores del artículo PNAS.
Lendlein dice que la clave de las nuevas estructuras fue desarrollar dos tipos de polímeros que tienen puntos de fusión distintos. A temperatura ambiente, el material mantiene su primera forma. Pero cuando se calienta por encima de una cierta temperatura, las áreas de todo el material se ablandan, lo que le permite cambiar a una forma intermedia. A una temperatura de transición aún más alta, el resto del material se ablanda, permitiendo que la estructura tome su forma final.
Aunque los investigadores diseñaron polímeros específicamente para este proyecto, Lendlein dice que los resultados demuestran un principio general que podría funcionar con una variedad de polímeros. De hecho, dice que para aplicaciones específicas, los investigadores pueden necesitar cambiar los materiales para hacerlos compatibles para su uso en el cuerpo y reducir los costos de uso en la fabricación. Lendlein está trabajando con mNemosciencia , con sede en Aachen, Alemania, una escisión del MIT y la Universidad RWTH Aachen, para comercializar la nueva tecnología.
Richard Vaia, investigador del Laboratorios de investigación de la Fuerza Aérea , dice que el trabajo es parte de una tendencia en la investigación de la memoria de forma hacia materiales más complejos y de mayor rendimiento. Si bien las primeras aplicaciones, como la envoltura retráctil, eran simples, los investigadores están utilizando nanopartículas para aumentar la cantidad de fuerza que pueden aplicar los materiales a medida que cambian de forma, y están desarrollando nuevas formas de desencadenar los cambios, dice Vaia. Otro objetivo importante iría más allá de los materiales de múltiples formas de Lendlein a aquellos que pueden cambiar de forma reversiblemente, volviendo a la forma original para aplicaciones que requieren movimientos repetidos.