Hidrogéis recicláveis para prototipagem rápida

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Hidrogéis recicláveis para prototipagem rápida
Os pesquisadores criaram hidrogéis rígidos e recicláveis que podem ser divididos em seus componentes
básicos e remodelados sob demanda.
Os hidrogéis encontraram uso extensivo em materiais, biomedicina e engenharia de tecidos. Feitos a
partir de redes interligadas de polímeros absorvedores de água, os hidrogéis têm proporcionado aos
cientistas a capacidade de tratar doenças, criar robôs flexíveis e até purificar a água, entre muitas outras
aplicações. No entanto, como outros materiais à base de polímeros, os hidrogéis não são recicláveis,
nem sempre se quebram facilmente e, em alguns casos, persistem no meio ambiente depois de serem
descartados, contribuindo para um problema global significativo de poluição plástica.
Os polímeros recicláveis estão se tornando cada vez mais importantes para reduzir o impacto ecológico
dos resíduos de plástico e hidrogel, dizem pesquisadores da École Polytechnique Fédérale de Lausanne
(EPFL). Liderados pela professora Esther Amstad, esta equipe publicou recentemente um estudo em
Small no qual eles relatam um hidrogel reciclado em 3D que poderia ser um divisor de águas para
estudos exploratórios que exigem esses materiais.
“A reciclagem de materiais impressos em 3D é importante porque esses materiais são predestinados
para prototipagem, onde geralmente têm uma vida útil limitada”, disse Amstad. “Para reduzir o
desperdício, considero importante a reciclagem de materiais impressos em 3D.”
Além de contribuir para os resíduos plásticos, uma deficiência de hidrogéis é a sua natureza macia, o
que os torna difíceis de moldar em formas 3D estáveis, limitando sua aplicação fora da biomedicina.
https://www.advancedsciencenews.com/hydrogel-improves-stem-cell-survival-in-treating-parkinsons-disease-in-mice/
https://www.advancedsciencenews.com/a-magnetically-controlled-hydrogel-for-octopus-like-robots/
https://www.advancedsciencenews.com/inspired-by-the-pufferfish-this-hydrogel-purifies-water-using-nothing-but-sunlight/
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Para contornar esse desafio, Amstad e sua equipe produziram um hidrogel granular de rede dupla rígida
composto por micropartículas de ácido sulfônico poli(2-acrylamido-2-metilpropano) que pode ser dividido
em seus componentes de base e reutilizado como uma tinta de impressão 3D quando necessário.
Os hidrogéis granulares de rede dupla não são uma nova tecnologia; no entanto, em exemplos
anteriores relatados na literatura, esses hidrogéis permanecem macios, pois a conexão entre polímeros
e partículas dentro da rede de hidrogel permanece fraca e flexível. A equipe de Amstad criou uma
alternativa na qual as micropartículas estão fortemente ligadas através de ligações covalentes
reversíveis que formam uma rede de percolação. “O hidrogel granular de rede dupla resultante exibe a
maior rigidez que foi relatada para hidrogéis impressos em 3D”, disse Amstad.
Prototipagem rápida dos hidrogéis granulares de dupla rede
demonstrados na produção de uma chave degradável
As micropartículas usadas no estudo também têm uma vantagem adicional: “Esses materiais são
compostos de partículas com diâmetros do tamanho de um cabelo humano”, explicou Amstad. “Eles
podem ser densamente embalados e são ideais para impressão 3D [porque quando] empurrado através
de um bocal, eles se tornam fluidos. Assim que saem do bocal, eles se tornam solidos, mantendo a
forma impressa ou extrudada em 3D.
Uma vez impressa, a estrutura do hidrogel é estabilizada através de uma reação de polimerização para
formar uma rede reticulada. O resultado é um hidrogel resistente e rígido que pode então ser degradado
dissolvendo-o em uma solução de tris(2-carboxiletil)fosfina (TCEP), que quebra as ligações covalentes.
Os componentes podem então ser reutilizados para a preparação de uma nova tinta, o que torna esse
processo econômico e sustentável, escreveu os autores em seu artigo.
A equipe foi capaz de demonstrar a utilidade de sua tecnologia por 3D imprimindo um rosto, um barco
(imagem de arte), e uma chave de trabalho que poderia ser usada, dissolvida e recriada para melhor se
adequar à sua tarefa. Esta abordagem também não se limita aos componentes de hidrogel descritos no
estudo. “Eu acho que este é um dos pontos fortes do nosso artigo, que o método é geralmente
aplicável”, disse Amstad.
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Este trabalho demonstra a capacidade de combinar fortes propriedades mecânicas com a
reciclabilidade. A equipe espera que seu hidrogel reciclável sirva como uma fonte de inspiração para a
fabricação de hidrogéis sustentáveis impressos em 3D de próxima geração e talvez até mesmo para
substituições de plástico mais sustentáveis.
Referência: Alvaro Charlet, et al., Reciclagem de Hidrogel Granular de Rede Dupla para impressão 3D
para impressão, Small (2022). DOI: 10.1002/smll.202107128
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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202107128