Un nuovo tipo di polimero stampabile in 3D, sviluppato dai ricercatori dell’Università della Virginia, offre un progresso significativo nella scienza dei materiali biocompatibili con potenziali applicazioni che vanno dai trapianti di organi più sicuri alle batterie più efficienti. L’elasticità e la compatibilità biologica uniche del materiale risolvono i limiti critici dei polimeri esistenti utilizzati nelle tecnologie biomediche e di stoccaggio dell’energia.
La sfida con gli attuali polimeri
Il glicole polietilenico (PEG), un materiale comune nell’ingegneria tissutale e nella somministrazione di farmaci, soffre di fragilità quando viene formato in reti. Le tradizionali reti PEG, realizzate mediante reticolazione in acqua e successiva essiccazione, cristallizzano perdendo la loro estensibilità e integrità strutturale. Questa rigidità ne limita l’uso in strutture più grandi e flessibili come organi sintetici o impianti medici dinamici.
Il design pieghevole dello scovolino
La svolta sta nell’adattare un design “a scovolino pieghevole”, ispirato alla struttura della gomma resiliente. Questa architettura incorpora catene laterali lunghe e flessibili che si irradiano da una spina dorsale centrale, consentendo al materiale di immagazzinare lunghezza internamente come una fisarmonica. Quando tese, queste catene si aprono, garantendo un’elasticità eccezionale senza compromettere la resistenza.
Come funziona: allungamento a livello molecolare
I ricercatori, guidati da Liheng Cai, professore associato di scienza e ingegneria dei materiali presso la UVA, hanno applicato questo concetto al PEG. Esponendo una miscela di precursori alla luce ultravioletta, hanno avviato la polimerizzazione, formando una rete con architettura a spazzola per bottiglie. Il materiale risultante è altamente estensibile, stampabile in 3D e mantiene la sua integrità anche sotto sforzo.
Biocompatibilità e applicazioni mediche
Il nuovo materiale dimostra un’eccellente biocompatibilità. Le colture cellulari insieme al polimero non hanno mostrato effetti avversi, confermando la sua idoneità per applicazioni mediche interne, come impalcature di organi o sistemi di rilascio controllato di farmaci. Questa compatibilità è fondamentale per ridurre il rigetto immunitario e garantire la sicurezza dell’impianto a lungo termine.
Potenziale di accumulo energetico
Oltre alle applicazioni biomediche, il polimero presenta proprietà promettenti per le tecnologie avanzate delle batterie. Rispetto agli elettroliti polimerici allo stato solido esistenti, il nuovo materiale mostra conduttività elettrica ed elasticità superiori a temperatura ambiente. Questa combinazione potrebbe portare a batterie più efficienti, flessibili e durevoli.
Ricerca e sviluppo futuri
I ricercatori stanno esplorando la possibilità di combinare il polimero con altri materiali per creare compositi stampabili in 3D con composizioni chimiche su misura. Ciò apre la possibilità di creare impianti personalizzati, sensori flessibili o dispositivi di accumulo di energia ad alte prestazioni. Il team continua a studiare l’estensione della ricerca alle tecnologie delle batterie a stato solido.
Questa innovazione risponde all’esigenza critica di materiali biocompatibili ed estensibili, aprendo la strada a tecnologie mediche più sicure ed efficaci e a soluzioni avanzate di stoccaggio dell’energia
