211service.com
Plastica che guarisce da sola
I ricercatori dell'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign (UIUC) hanno realizzato un materiale polimerico che può guarire se stesso ripetutamente quando si rompe. È un progresso significativo verso impianti medici autoriparanti e materiali autoriparanti da utilizzare su aeroplani e veicoli spaziali. Potrebbe anche essere usato per raffreddare microprocessori e circuiti elettronici e potrebbe aprire la strada a rivestimenti plastici che si rigenerano.
Autoguaritore: Modellato sulla pelle umana, un nuovo materiale che guarisce da solo più volte è composto da due strati. Il rivestimento polimerico sulla parte superiore contiene minuscoli pezzi di catalizzatore sparsi ovunque. Il substrato contiene una rete di microcanali che trasportano un agente di guarigione liquido. Quando il rivestimento si incrina, le crepe si diffondono verso il basso e raggiungono i canali sottostanti, che trasudano agente cicatrizzante. L'agente si mescola con il catalizzatore e forma un polimero, riempiendo le fessure.
Il primo materiale autorigenerante è stato segnalato dai ricercatori dell'UIUC sei anni fa e da allora altri gruppi di ricerca hanno creato diverse versioni di tali materiali, inclusi polimeri che si riparano ripetutamente se soggetti a calore o pressione. Ma questa è la prima volta che qualcuno ha realizzato un materiale che può ripararsi da solo più volte senza alcun intervento esterno, afferma Nancy sottos , professore di scienze dei materiali e ingegneria all'UIUC e uno dei ricercatori che hanno guidato il lavoro.
È essenzialmente come dare vita a una plastica, dice Chris Bielawski , professore di chimica all'Università del Texas ad Austin. L'obiettivo finale sarebbe creare materiali che si riparano da soli, dice, e questa è una straordinaria dimostrazione di concetto.
Sottos e i suoi colleghi hanno progettato il nuovo materiale, riportato in questa settimana Materiali della natura , per imitare la pelle umana. Se lo strato protettivo esterno della pelle viene tagliato, lo strato interno, che è infuso con una fitta rete di minuscoli vasi sanguigni, spinge i nutrienti al taglio per aiutare con la guarigione. Il materiale autorigenerante è costituito da uno strato di polimero epossidico depositato su un substrato che contiene una rete tridimensionale di microcanali. Il rivestimento epossidico contiene minuscole particelle di catalizzatore, mentre i canali nel substrato sono riempiti con un agente cicatrizzante liquido.
Per testare il materiale, i ricercatori lo piegano e rompono il rivestimento polimerico. La fessura si diffonde attraverso il rivestimento e raggiunge il microcanale sottostante. Questo spinge l'agente curativo a frustare attraverso i canali e nella fessura, dice Sottos. Lì entra in contatto con il catalizzatore e, in circa 10 ore, diventa un polimero e riempie la fessura. Il sistema non necessita di alcuna pressione esterna per spingere l'agente di guarigione nella fessura. Invece, il liquido si muove attraverso i canali stretti proprio come l'acqua si muove su una cannuccia.
I ricercatori sono in grado di rompere e risanare la superficie fino a sette volte prima che il catalizzatore si esaurisca e smetta di funzionare. Secondo i ricercatori, la prossima generazione del materiale autorigenerante dovrebbe essere in grado di autoguarirsi molte più volte. Sottos e i suoi colleghi lo stanno progettando in modo che abbia un sistema in due parti che inietta sia un agente curativo che un catalizzatore nella fessura.
I ricercatori potrebbero anche aumentare la capacità di guarigione del materiale collegando la rete di microcanali a un piccolo serbatoio, afferma Sottos. Se il materiale esaurisce l'agente di guarigione o il catalizzatore, il serbatoio potrebbe pomparne di più.
Il design a microcanali del materiale potrebbe essere una soluzione al crescente problema dell'accumulo di calore nei chip di microelettronica. In genere, i chip dei circuiti microelettronici si trovano su substrati progettati per condurre il calore lontano dal circuito. Questi termoregolatori hanno i loro limiti. Invece, dice Sottos, potresti mettere un fluido di raffreddamento attraverso una rete [microcanale] come un piccolo scambiatore di calore.
Sottos afferma che i ricercatori potrebbero utilizzare lo stesso design con altre combinazioni di resina e catalizzatore che possono formare polimeri diversi. Questo apre le porte a molte altre applicazioni. Anche se i materiali auto-guarigione pratici potrebbero essere lontani anni, è facile immaginare le loro applicazioni in protesi e impianti medici realizzati con materiali auto-riparanti biocompatibili. Il costo dei materiali potrebbe mantenerli limitati, almeno inizialmente, a determinate applicazioni di alto valore e ad alte prestazioni come l'uso in veicoli aerei e spaziali, afferma Ian Bond , professore di ingegneria aerospaziale presso l'Università di Bristol, nel Regno Unito.
Secondo Bielawski, in futuro, diverse sostanze chimiche potrebbero portare a materiali autorigeneranti più economici. Potresti usare resine epossidiche a buon mercato … che puoi acquistare presso Home Depot … come agente di guarigione, dice.