I ricercatori dell’Università di Hokkaido, in Giappone, hanno combinato porzioni di tessuto connettivo di calamaro con polimeri sintetici per sviluppare un idrogel forte e versatile che imita molte delle proprietà uniche dei tessuti biologici. Gli idrogel sono reti di polimeri contenenti grandi quantità d’acqua e vengono studiati per molti usi, tra cui protesi mediche, componenti robotici morbidi e nuovi sistemi di sensori. Il team di Hokkaido riferisce il proprio contributo a questa area di ricerca in rapida evoluzione sulla rivista NPG Asia Materials. I tessuti biologici naturali presentano proprietà uniche, essenziali per le loro funzioni, che i ricercatori stanno cercando di replicare negli idrogel. I muscoli, ad esempio, oltre a forza e flessibilità, hanno proprietà fisiche che variano in diverse direzioni e sono costruiti da una gerarchia di strutture che lavorano insieme. Anche le ossa e i vasi sanguigni presentano queste caratteristiche, note come anisotropia gerarchica. A differenza dei tessuti naturali che i ricercatori vogliono imitare, la maggior parte degli idrogel sintetici ha proprietà uniformi in tutte le direzioni e sono strutturalmente deboli.
“Combinando le proprietà dei tessuti derivati dai calamari con i polimeri sintetici, abbiamo dimostrato una strategia ibrida che funge da metodo generale per la preparazione di idrogel con un’utile anisotropia gerarchica e anche tenacità”, spiega lo scienziato dei polimeri Tasuku Nakajima del team dell’Università di Hokkaido.
Il processo di produzione dell’idrogel
Il processo di produzione inizia con il mantello di calamaro congelato, disponibile in commercio – la parte esterna principale del calamaro. Nei calamari vivi, il mantello (che può raggiungere anche i 40 cm di lunghezza- in media la lunghezza del mantello di un calamaro si aggira tra i 15 ed i 25 cm) si espande per accogliere l’acqua nel corpo e poi si contrae fortemente per sparare l’acqua verso l’esterno come un getto. Questa capacità dipende dai muscoli anisotropi del tessuto connettivo del calamaro. I ricercatori hanno sfruttato le disposizioni molecolari di questo sistema naturale per costruire il loro gel bio-mimetico. Sottili fette di tessuto di calamaro scongelato sono state sottoposte a trattamento chimico e termico e poi sono state mescolate con molecole di polimero poliacrilammide e questo ha avviato alla formazione dell’idrogel ibrido reticolato. Il gel presenta la cosiddetta struttura a doppia rete, con la rete di polimeri sintetici incorporata che è collegata alla rete di fibre muscolari più naturali derivate dal mantello del calamaro. “Il gel DN che abbiamo sintetizzato è molto più forte ed elastico del mantello dei calamaro”, spiega il professor Jian Ping Gong, che ha guidato il team. “L’esclusiva struttura composita rende inoltre il materiale incredibilmente resistente alla frattura, quattro volte più duro del materiale originale”.
L’attuale lavoro di prova dovrebbe essere solo l’inizio per l’esplorazione di molti altri idrogeli ibridi che potrebbero sfruttare le proprietà uniche di altri sistemi naturali. Le meduse sono già state utilizzate come fonte di materiale per idrogel più semplici a rete singola. “Le possibili applicazioni includono tessuti fibrosi artificiali portanti, come legamenti e tendini artificiali, per uso medico”, spiega Gong. Ulteriori lavori del team esploreranno la biocompatibilità dei gel e studieranno le opzioni per realizzare una gamma di gel adatti a diversi usi.
