Un equipo de investigadores de la Universidad de Cambridge ha diseñado unas ‘baterías de gelatina’ blandas y elásticas que podrían implantarse en el cerebro para la administración de medicamentos y el tratamiento de enfermedades como la epilepsia a través de la liberación de una corriente eléctrica, entre otras aplicaciones. Además, podrían utilizarse en dispositivos portátiles o en robótica blanda.
La clave del dispositivo está en su material, que es elástico y conductor, algo difícil de crear, ya que “esas dos propiedades normalmente están en conflicto entre sí”, ha explicado Stephen O'Neill, primer autor del proyecto y miembro del Departamento de Química de Cambridge. “Normalmente, la conductividad disminuye cuando se estira un material”, ha añadido.
Sin embargo, el equipo se ha inspirado en las anguilas eléctricas, las cuales aturden a sus presas con los electrocitos, unas células musculares modificadas. Del mismo modo que estos electrocitos, los materiales gelatinosos desarrollados por los investigadores de Cambridge presentan una estructura en capas, como Lego pegajoso, que los hace capaces de liberar una corriente eléctrica.
"Los hidrogeles están hechos de polímeros que tienen una carga neutra, pero si los cargamos, pueden volverse conductores"
A imagen y semejanza, los investigadores utilizaron hidrogeles basados en redes tridimensionales de polímeros compuestos en más de un 60% de agua. Una característica que les permite estirarsehasta 10 veces más de su longitud original sin afectar a su conductividad. Pero, al mismo tiempo, los polímeros permanecen unidos a través de interacciones reversibles de encendido y apagado que controlan las propiedades mecánicas de la gelatina.
La Dra. Jade McCune, también del Departamento de Química, ha explicado que “normalmente, los hidrogeles están hechos de polímeros que tienen una carga neutra, pero si los cargamos, pueden volverse conductores. Y al cambiar el componente de sal de cada gel, podemos hacerlos pegajosos y aplastarlos en múltiples capas, de modo que podamos desarrollar un potencial energético mayor”.
Hasta ahora, la electrónica utilizaba materiales metálicos rígidos con electrones como portadores de carga, mientras que las baterías de gelatina utilizaban iones para transportar la carga, como las anguilas eléctricas. Bajo estas premisas, el equipo de científicos logró adherir los hidrogeles fuertemente entre sí gracias a los enlaces reversibles que se pueden formar entre las diferentes capas.
En la formación de estos enlaces ultrarresistentes toman parte unas moléculas con forma de barril llamadas cucurbiturilos, que son como esposas moleculares. La fuerte adhesión entre capas que proporcionan las esposas moleculares permite que las baterías de gelatina se estiren sin que las capas se deshagan y, lo que es más importante, sin ninguna pérdida de conductividad.
"Un implante de hidrogel tiene muchas menos probabilidades de ser rechazado por el cuerpo o causar la acumulación de tejido cicatricial"
Se trata, sin duda, de un hito en la creación de baterías de este tipo, ya que es la primera vez que se combinan con éxito las capacidades de estiramiento y conductividad en un solo material. Así pues, el control preciso de las propiedades mecánicas, similar a las características del tejido humano, posiciona a los hidrogeles como potenciales candidatos para sus aplicaciones en el campo de la robótica y la bioelectrónica.
Una de las herramientas tanteadas es el diseño de implantes biomédicos. Al tratarse de material blando y moldeable, los hidrogeles pueden amoldarse al tejido humano, aunque los expertos indican que han de personalizar sus propiedades mecánicas para que coincidan con el de las personas y optimizar la compatibilidad: “Dado que no contienen componentes rígidos como el metal, un implante de hidrogel tendría muchas menos probabilidades de ser rechazado por el cuerpo o causar la acumulación de tejido cicatricial”, indica el profesor George Malliaras, del Departamento de Ingeniería.
Pero el carácter blando y la suavidad del material no son las únicas características que llaman la atención de los nuevos hidrogeles, pues también destaca su gran resistencia. Los investigadores exponen que las baterías pueden ser aplastadas sin perder permanentemente su forma original e incluso pueden ‘autocurarse’ cuando se dañan. Visto el potencial de estos pequeños dispositivos, los investigadores pretenden probarlos en organismos vivos y valorar otras posibles aplicaciones médicas de cara al futuro.