Algunos tejidos biológicos tienen la capacidad de aumentar su rigidez y cambiar su color dependiendo de la tensión que se les aplique. Hasta ahora, la unión de ambas propiedades en un mismo material sintético había supuesto todo un reto. Un grupo de investigadores estadounidenses ha utilizado polímeros para el desarrollo de un elemento que presenta variaciones en estas dos cualidades según la presión aplicada. La técnica imita el comportamiento de un camaleón.
Las propiedades ópticas y mecánicas de los tejidos biológicos, como el camuflaje o el endurecimiento de la piel, actúan de manera conjunta en organismos como cefalópodos, anfibios y camaleones. Se trata de mecanismos de señalización y defensa que han inspirado el diseño de diversos elementos biomiméticos –inspirados en la naturaleza para solucionar problemas humanos–.
Sin embargo, la integración de estas dos características en materiales sintéticos no había sido posible hasta ahora. Un grupo de investigadores, liderado por Mohammad Vatankhah-Varnosfaderani, del departamento de química en la Universidad de Carolina del Norte (EE UU), ha desarrollado un material capaz de variar tanto su rigidez como su color al someterlo a distintos grados de tensión.
Algunos tejidos blandos y dóciles, como la piel, se endurecen rápidamente como reacción a fuerzas de deformación para evitar lesiones y proteger al cuerpo. Según el artículo, publicado esta semana en Science, sus módulos elásticos aumentan a tasas mucho más altas que en los elastómeros, geles y termoplásticos convencionales.
Otro de los mecanismos de esta barrera externa en organismos como los camaleones es cambiar de color según el estado más o menos relajado del animal.
Combinando las dos propiedades –la capacidad de la piel de hacerse rígida y cambiar de color– Vatankhah-Varnosfaderani y su equipo han creado un material basado en polímeros, capaz de imitar las proteínas responsables de la rigidez, el colágeno y la elastina propios de este tejido.
En la piel, mientras que las rígidas fibras de colágeno son las encargadas de resistir a la deformación, una red entrelazada de elastina asegura que esta pueda volver a su forma original al desaparecer la tensión aplicada.
Para la versión sintética, los investigadores han desarrollado un polímero ‘escobilla’, una columna vertebral alrededor de la cual se distribuyen numerosas cadenas laterales.
Mientras que la columna forma una matriz blanda, el resto de cadenas –lineales y flexibles– se vuelven rígidas al juntarse. Según los autores, el resultado es un material rígido, pero flexible; suave, pero duro.
Además, los cambios en la separación entre las cadenas laterales se corresponden con diferentes reflejos de la misma en el material: predominan los tonos azulados cuando se estira y los rojizos cuando se condensa.
Referencia bibliográfica
Vatankhah-Varnosfaderani, Mohammad; N. Keith, Andrew; Cong, Yidan; Liang, Heyi; Rosenthal, Martin; Sztucki, Michael; Clair, Charles; Magonov, Sergei; A. Ivanov, Dimitri; V. Dobrynin, Andrey; S. Sheiko, Sergei. "Chameleon-like elastomers with molecularly encoded strain-adaptive stiffening and coloration". Science, 29 de marzo del 2018. DOI: http://science.sciencemag.org/cgi/doi/10.1126/science.aal2022
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