Pesquisadores desenvolveram ‘baterias de gelatina’ macias e elásticas que podem ser usadas em dispositivos vestíveis ou robótica leve, ou até mesmo implantadas no cérebro para administrar medicamentos ou tratar condições como epilepsia.
Os pesquisadores da Universidade de Cambridge se inspiraram nas enguias elétricas, que atordoam suas presas com células musculares modificadas chamadas eletrócitos.
Assim como os eletrócitos, os materiais gelatinosos desenvolvidos pelos pesquisadores de Cambridge têm uma estrutura em camadas, como Lego pegajoso, que os torna capazes de fornecer corrente elétrica.
As baterias de gelatina auto-regenerativas podem se esticar até mais de dez vezes seu comprimento original sem afetar sua condutividade – a primeira vez que tal elasticidade e condutividade foram combinadas em um único material. Os resultados são relatados no periódico Avanços da Ciência.
As baterias de gelatina são feitas de hidrogéis: redes 3D de polímeros que contêm mais de 60% de água. Os polímeros são mantidos juntos por interações reversíveis de ligar/desligar que controlam as propriedades mecânicas da gelatina.
A capacidade de controlar com precisão as propriedades mecânicas e imitar as características do tecido humano torna os hidrogéis candidatos ideais para robótica suave e bioeletrônica; no entanto, eles precisam ser condutores e elásticos para tais aplicações.
“É difícil projetar um material que seja altamente elástico e altamente condutor, já que essas duas propriedades normalmente estão em desacordo uma com a outra”, disse o primeiro autor Stephen O’Neill, do Departamento de Química Yusuf Hamied de Cambridge. “Normalmente, a condutividade diminui quando um material é esticado.”
“Normalmente, os hidrogéis são feitos de polímeros que têm uma carga neutra, mas se os carregarmos, eles podem se tornar condutores”, disse a coautora Dra. Jade McCune, também do Departamento de Química. “E ao mudar o componente de sal de cada gel, podemos torná-los pegajosos e esmagá-los em várias camadas, para que possamos construir um potencial de energia maior.”
A eletrônica convencional usa materiais metálicos rígidos com elétrons como portadores de carga, enquanto as baterias de gelatina usam íons para transportar carga, como enguias elétricas.
Os hidrogéis aderem fortemente uns aos outros por causa de ligações reversíveis que podem se formar entre as diferentes camadas, usando moléculas em forma de barril chamadas cucurbiturilas que são como algemas moleculares. A forte adesão entre camadas fornecida pelas algemas moleculares permite que as baterias de gelatina sejam esticadas, sem que as camadas se separem e, crucialmente, sem qualquer perda de condutividade.
As propriedades das baterias de gelatina as tornam promissoras para uso futuro em implantes biomédicos, uma vez que são macias e moldam-se ao tecido humano. “Podemos personalizar as propriedades mecânicas dos hidrogéis para que eles combinem com o tecido humano”, disse o Professor Oren Scherman, Diretor do Laboratório Melville para Síntese de Polímeros, que liderou a pesquisa em colaboração com o Professor George Malliaras do Departamento de Engenharia. “Uma vez que eles não contêm componentes rígidos como metal, um implante de hidrogel teria muito menos probabilidade de ser rejeitado pelo corpo ou causar o acúmulo de tecido cicatricial.”
Além da maciez, os hidrogéis também são surpreendentemente resistentes. Eles podem suportar ser esmagados sem perder permanentemente sua forma original e podem se auto-reparar quando danificados.
Os pesquisadores estão planejando experimentos futuros para testar os hidrogéis em organismos vivos para avaliar sua adequação para uma série de aplicações médicas.
Referência:
Stephen JK O’Neill et al. ‘ Hidrogéis dinâmicos altamente extensíveis para eletrônica multicamadas macia.’ Science Advances (2024). DOI: 10.1126/sciadv.adn5142
