Un hidrogel capaz de hacer rebotar una bola de acero tras caer desde 1,86 metros

El primer vídeo muestra cómo rebota una bola de acero inoxidable de 2,54 cm de diámetro y 64 gramos de peso en una membrana circular de hidrogel con 1 mm de espesor y 7 cm de diámetro tras caer deade una altura de 1,86 metros. La película está grabada con una cámara de alta velocidad a 6000 fotogramas por segundo. El segundo vídeo muestra el resultado cuando se deja caer desde la misma altura una bola de acero de 5,08 cm de diámetro y 524 gramos de peso, pero sobre una membrana con 2 mm de espesor. En esta segunda parte se observa cómo se rompe la membrana. Suo Zhigang (Universidad de Harvard) y sus colegas han desarrollado este hidrogel híbrido a partir de polímeros de  alginato y de poliacrilamida. Sus propiedades mecánicas tan extraordinarias son debidas a la combinación de polímeros de alginato, cuyas moléculas se unen por enlaces iónicos que se pueden romper y volver a formar bajo presión, difundiendo la presión en un gran área, y polímeros de poliacrilamida, cuyas moléculas se unen por enlaces covalentes, que garantizan que el gel se mantiene unido formando una película bastante rígida. El artículo técnico es Jeong-Yun Sun et al., “Highly stretchable and tough hydrogels,” Nature 489: 133–136, 06 September 2012. Me he enterado gracias a un tuit de Julián Estévez @Jeibros que hacía referencia a la noticia de Colin Lecher, “Video: A Ball of Metal Bounces Off a Thin Sheet of Super-Tough Hydrogel,” Popular Science, Sep. 05, 2012.

Los hidrogeles tienen múltiples aplicaciones prácticas: ingeniería de tejidos, sistemas de administración de medicamentos, actuadores en sistemas ópticos o fluidomecánicos, y muchas otras aplicaciones en biología. Lo que más limita las aplicaciones prácticas de los hidrogeles son sus propiedades mecánicas, ya que las membranas de hidrogel se suelen romper fácilmente cuando son estirados; por ejemplo, un hidrogel de alginato se rompe cuando se estira 1,2 veces su longitud original. Algunos hidrogeles sintéticos aguantan estiramientos entre 10 y 20 veces su longitud, pero cualquier pequeña rotura reduce estos números mucho. El nuevo artículo presenta un hidrogel basado en polímeros que permite estiramientos de hasta casi 20 veces su longitud sin romperse, incluso cuando hay pequeñas roturas, que en lugar de crecer y rajar en dos la membrana se mantienen gracias a una combinación “inteligente” de alginato y poliacrilamida.

Como muestra esta figura la combinación de un gel de alginato y con otro de poliacrilamida permite obtener un nuevo gel híbrido con propiedades comunes a ambos. Abajo tenéis un detalle de la química de los enlaces que unen entre las moléculas de ambas sustancias formando los polímeros que dan sus propiedades al gel.