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“El nuevo material autorreparable se puede emplear autorreparar en medios fluidos como agua, suero salino o plasma sanguíneo”

Entrevista a José Miguel Martín Martínez, catedrático de Química Inorgánica de la Universidad de Alicante

Esther Güell11/01/2016
A mediados de 2015 investigadores del Laboratorio de Adhesión y Adhesivos de la Universidad de Alicante patentaron la fórmula de un nuevo material polimérico flexible capaz de autorrepararse. El material consiste en un tipo de resina desarrollada por el catedrático de Química Inorgánica José Miguel Martín, el ingeniero químico e industrial José Antonio Jofre y el químico Andrés Jesús Yáñez. Estos investigadores han desarrollado un nuevo componente ‘enormemente versátil’ con posibles aplicaciones en industrias como el sector médico, el textil, la automoción, la cosmética e, incluso, el aeroespacial “por su capacidad de autoregeneración”, apuntan desde el laboratorio.

Ante todo, permítame felicitarle por su logro: su equipo de investigación de la Universidad de Alicante ha desarrollado un material polimérico capaz de autorrepararse. Ante todo, ¿podría explicarnos qué lo diferencia de otros materiales también llamados ‘autorreparables’?

Agradezco su interés en nuestro trabajo así como sus felicitaciones. Desde hace algunos años mi grupo de investigación del Laboratorio de Adhesión y Adhesivos de la Universidad de Alicante ha focalizado su atención en los materiales inteligentes, es decir materiales que son capaces de responder frente a estímulos externos, tales como esfuerzos mecánicos o cambios de temperatura, entre otros. El grupo de investigación que se ocupa de los materiales inteligentes está constituido por el Dr. José Antonio Jofre Reche y el MSc. Andrés Jesús Yañez Pacios.

Los materiales autorreparables constituyen una clase de materiales inteligentes que presentan la propiedad particular de que, tras ser dañados o deteriorados, pueden volver a regenerarse por sí mismos. En los materiales autorreparables conocidos hasta ahora este proceso de regeneración o autorreparación se induce por temperatura (calentando el material a temperaturas moderadas de 50-70 °C), mediante reacciones químicas o irradiación, entre otros. En estos dos últimos casos, el material contiene en su formulación algunos de sus componentes encapsulados, de manera que tras sufrir un esfuerzo mecánico, dichos componentes se liberan reaccionando químicamente generando nuevo material en las zonas dañadas.

Hasta donde sabemos no existen materiales que se autorregeneren o autorreparen sin aplicación de estímulos externos ni tampoco sin la implicación de enlaces químicos. El nuevo material que hemos desarrollado en nuestro equipo de investigación es un polímero que puede autorregenerarse o autorrepararse en segundos a temperatura ambiente sin la aplicación de estímulos externos y en el proceso de autorreparación no se implican enlaces químicos ni iónicos ni covalentes.

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De izq. a dcha.: José Antonio Jofre, José Miguel Martín y Andrés Jesús Yáñez, los tres investigadores responsables de este innovador material.

Exactamente, ¿cómo se autorrepara?

El nuevo material se ha diseñado de tal manera que cuando se fisura o se corta, al acercar las dos partes fisuradas se genera un importante número de interacciones moleculares y de enlaces de hidrógeno en un tiempo muy corto (10-15 segundos) y a temperatura ambiente. El proceso de autorreparación en ese tiempo regenera el 60% de las propiedades mecánicas iniciales del material, las cuales se recuperan completamente en 24 horas.

Es interesante indicar que si las partes fisuradas se mantienen separadas durante más de 15 minutos, el material no se autorrepara, ya que los enlaces se saturan entre sí en las cadenas poliméricas que se han fragmentado durante el proceso de rotura. Esto es importante, ya que de otra manera el material se uniría a cualquier otro material con el que estuviera en contacto, lo que limitaría sus aplicaciones.

La única estimulación que requieren las dos partes fisuradas del material es aproximarlas de manera eficiente, para lo que basta ejercer una pequeña presión. Además, el nuevo material autorreparable no requiere unas condiciones ambientales determinadas ya que el proceso de autorregeneración se puede producir aun estando inmerso en un fluido tal como agua, suero salino o plasma sanguíneo. Esta propiedad es completamente novedosa en el campo de los polímeros autorreparables y hace al material totalmente innovador a nivel mundial, abriendo además un amplio número de aplicaciones en el campo de la medicina.

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Secuencia que muestra cómo, a partir del material cortado, procede su autorreparación.
“Es interesante indicar que si las partes fisuradas se mantienen separadas durante más de 15 minutos el material no se autorrepara. Esto evita que el material se una a cualquier otro con el que estuviera en contacto, lo que limitaría sus aplicaciones”

¿Podría valorar alguna otra característica?

Además de que el proceso de autorreparación del nuevo material polimérico no implica enlaces químicos, el proceso de autorreparación se produce en pocos segundos y a temperatura ambiente. Este proceso de autorreparación se puede realizar tantas veces como sea necesario, es decir que la autorreparación se puede producir en la misma o en una parte diferente del mismo, sin que se pierdan propiedades mecánicas. Adicionalmente, como ya he comentado anteriormente, el proceso de autorreparación se puede producir en el seno de fluidos y además se trata de un material transparente.

La ausencia de enlaces químicos en el proceso de autorreparación hace que la integridad del material se mantenga y que la parte autorreparada sea idéntica a la masa del material. Este aspecto es importante, ya que en caso de usarse en contacto con células, la parte autorreparada no posee una naturaleza distinta a la del resto del material y no libera ninguna sustancia química al entorno, no afectando por tanto previsiblemente a las interacciones celulares.

Por otra parte, el nuevo material polimérico es elastomérico y presenta memoria de forma, es decir puede ser estirado hasta 10 veces su longitud original y tras cesar la deformación el material vuelve a recuperar su forma original tras 20 minutos.

¿Cuáles serían, de entrada, las principales aplicaciones de este material?

Las potenciales aplicaciones del nuevo material son muy amplias. Un ejemplo sería el campo de la medicina donde se podría utilizar como envoltura de prótesis mamarias para evitar la liberación del material siliconado hacia el exterior, sin necesidad de extraer dichas prótesis. Además, tendría aplicación en el campo del automóvil, ya que se podría aplicar en el interior de neumáticos de manera que nunca se pincharían.

“En el campo de la medicina se podría utilizar como envoltura de prótesis mamarias para evitar la liberación del material siliconado hacia el exterior, sin necesidad de extraer dichas prótesis”
“En el campo del automóvil este material se podría aplicar en el interior de neumáticos de manera que nunca se pincharían”

¿Puede explicarnos, grosso modo, cuál ha sido el proceso de desarrollo de este material?

Aunque nuestro grupo de investigación está trabajando en el desarrollo de materiales y adhesivos inteligentes desde hace 5 años, el descubrimiento del nuevo material fue fortuito, ya que surgió en el seno de un proyecto de investigación en que se intentaban desarrollar recubrimientos internos para conducciones de crudo. Uno de los miembros del grupo de investigación, el Dr. José Antonio Jofre Reche, observó que tras preparar probetas para realizar los ensayos mecánicos de los materiales que intentábamos desarrollar, los fragmentos que quedaban se volvían a unir de manera espontánea. Tras esta observación, investigamos con mucho más detalle el nuevo material y realizamos un alto número de ensayos adicionales que permitieron descubrir las propiedades únicas del mismo.

Se trata además de un material elastomérico, es decir, que puede estirarse, y con memoria de forma. ¿A qué otros materiales podría substituir en un futuro?

Efectivamente, una de las propiedades del nuevo material polimérico autorreparable es su memoria de forma. Esta propiedad no es única entre los materiales poliméricos conocidos hasta ahora, pero dichos materiales no presentan propiedades de autorreparación. Por su características elastoméricas, el nuevo material polimérico podría sustituir a materiales de caucho incluyendo posiblemente las suelas de los zapatos deportivos dotándolas además de capacidad de autorreparación.

“El descubrimiento del nuevo material fue fortuito ya que surgió en el seno de un proyecto de investigación en que se intentaban desarrollar recubrimientos internos para conducciones de crudo”

¿Sería posible conferir propiedades similares a otros materiales?

Ciertamente que sí. El aspecto más innovador del nuevo material autorreparable es su diseño, por lo que extrapolándolo a otros materiales podría ser factible conferirles propiedades similares. De hecho actualmente estamos trabajando en nuevos proyectos con otros materiales completamente diferentes que además presentan excelentes propiedades adhesivas y que se pueden autorreparar en un tiempo aún más corto. Estos proyectos los estamos realizando para algunas empresas y por razones de confidencialidad no puedo desvelar detalles sobre los mismos.

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Una de las propiedades del nuevo material polimérico autorreparable es su memoria de forma.

¿Cuáles son las dificultades, si las hay, para la producción de este polímero? ¿De qué materiales parte?

El material se produce con facilidad y parte de materiales fácilmente disponibles en el mercado. Dado que se ha presentado una solicitud de patente sobre el nuevo material que está actualmente bajo examen, en estos momentos no puedo desvelar la naturaleza del mismo ni los componentes de los que parte.

Para finalizar, a partir de ahora, ¿cuáles son los siguientes pasos?

Los siguientes pasos consisten en adaptar el material autorreparable a aplicaciones específicas. Para ello, estamos gestando la creación de una ‘spin-off’ cuyo objetivo esencial será el desarrollo de productos concretos para mercados y aplicaciones específicas del material. Lógicamente esta adaptación requerirá modificar el material para que cumpla con las especificaciones concretas de la aplicación a la que se destine. Adicionalmente, seguiremos investigando con más detalle los mecanismos moleculares que son responsables de las propiedades excepcionales y únicas de este sorprendente material, lo que requerirá la realización de nuevos trabajos de investigación científicos en nuestro grupo de investigación.

“Actualmente estamos trabajando en nuevos proyectos con otros materiales completamente diferentes que además presentan excelentes propiedades adhesivas y que se pueden autorreparar en un tiempo aún más corto”

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