Material biocompatible que cambia de forma controlado por patrones y calor
Cambio de forma. (Arriba)Esquemático que muestra elástomero cristal líquido (LCE) inicial con una capa de poliestireno (PS) o de oro (Au) en una parte del LCE. Regiones sombreadas (Violeta) indican la parte donde se aplicó PS ó Au. (En Medio) Predicciones simuladas de la forma resultante a partir del patrón de las dos capas. (Abajo) Muestras experimentalmentes que muestran la forma real obtenida. (Credit: Aditya Agrawal et al./Soft Matter)
El material creado por Rafael Verduzco, de la Universidad Rice, y sus colegas, inicia como pequeñas planchas o losas de metal, pero mágicamente cambia hacia formas que pueden ser controladas por patrones formados previamente en sus capas.
Los materiales que pueden cambiar su forma basados en condiciones ambientales son útiles para la óptica, bases biológicas tridimensionales, encapsulación controlada y suministro de medicina, entre otras aplicaciones, de acuerdo a los investigadores.
“Ya hemos confirmado que el material es biocompatible, estable e inerte”, dijo Verduzco, “por lo que tiene un gran potencial en aplicaciones biológicas”.
‘Programación’ de cambio de forma
El material requiere dos capas para ejecutar su magia:
Un cristal líquido elastómero (LCE), un material parecido al hule de polímeros entrecruzados que se alinean a lo largo de un sólo eje conocido como “director nemático“.
Una capa delgada de poliestireno simple, colocada ya sea arriba o abajo del LCE.
Sin la aplicación de la capa de poliestireno, el LCE simplemente se expanderá o contraerá a través de su eje nemático cuando se aplica calor. Con temperatura variable, el LCE intenta contraerse o expandirse, pero la capa de poliestireno evita que esto suceda y en su lugar ocasiona enrollado, encorbamiento o doblado del material completo.
El laboratorio descubrió que las capas reaccionan al calor en una forma predecible y repetible, permitiendo así diseñar la configuración en el material mismo dependiendo del número de parámetros: la forma y proporción del LCE, el grosor y patrón del poliestireno, y también la temperatura a la cual se aplica el poliestireno.
Formas complejas basados en patrones en el material
El laboratorio elaboró materiales en espiral , encrespados y en forma de X que, alternativamente, cerraron o pusieron de pie sus cuatro patas . El colocar poliestireno en la parte superior de una mitad de una tira de LCE y en la parte inferior de la otra mitad produce una forma de “S ” . Verduzco sugirió que no hay límite a la complejidad de formas que podrían obtenerse del el material con el patrón adecuado.
La dirección eje de plegamiento o arrugamiento del material fue fijado por la temperatura a la que se depositó la capa de poliestireno . En los experimentos, los investigadores encontraron que cuando se aplica la capa de poliestireno en 5-6 grados Celsius ( unos 42 grados Fahrenheit ), el material se arruga perpendicular al director nemático de la LCE.
A los 50 C ( 122 grados F ), el poliestireno se arrugó paralelamente al director. Las arrugas de dimensiones micrométricas parecían lisas a simple vista.
Como era de esperar, sin embargo, si la capa de poliestireno era demasiado gruesa, no permitiría que el material compuesto se doblara. Y si la temperatura era muy alta, el poliestireno pasaría su temperatura de transición vítrea y permitiría que el material se relajara y regresara de nuevo a su forma plana .
Cuando el material se enfrió a temperatura ambiente y el poliestireno se hizo vidrioso de nuevo, se deformó en la dirección opuesta, pero podría volver a su estado plano inicial a temperatura ambiente si fue templado con diclorometano, un solvente, que relaja las capas una vez más.
Basado en el siguiente artículo.
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