Legami idrogeno per polimeri più stabili e versatili
La stabilità delle molecole biologiche complesse, come proteine e DNA, dipende in gran parte dalla presenza di legami idrogeno, che conferiscono resistenza e coesione alle strutture. Ispirandosi a questi meccanismi naturali, un gruppo di ricerca dell’Università di Tianjin ha studiato l’applicazione di questi legami nei polimeri sintetici, per migliorarne le caratteristiche meccaniche e chimiche.
Lo studio, pubblicato sul Chinese Journal of Polymer Science, analizza le potenzialità dei polimeri basati su N-acriloilglicinammide (NAGA). Grazie alla formazione di legami idrogeno multipli, questi materiali acquisiscono maggiore stabilità e resistenza, con applicazioni potenziali che spaziano dalla stampa 3D all’ingegneria dei biomateriali.
Tre categorie di polimeri supramolecolari
I ricercatori hanno classificato i polimeri NAGA in tre gruppi principali, in base al tipo di interazione chimica che li caratterizza:
Polimeri con legami idrogeno cooperativi, in cui le forze di attrazione tra le molecole aumentano la stabilità complessiva del materiale.
Materiali con interazioni fisiche combinate, che sfruttano più meccanismi di coesione per migliorare la resistenza.
Estensori di catena a base di diolo, impiegati per rinforzare le reti poliuretaniche e sviluppare elastomeri in grado di autoripararsi.
Ciascuno di questi materiali presenta proprietà meccaniche specifiche, rendendoli adatti a diverse applicazioni industriali.
Applicazioni nei biomateriali e nella stampa 3D
Uno degli sviluppi più promettenti riguarda gli idrogel a base di PNAGA, che offrono elevata resistenza meccanica e un rigonfiamento ridotto, caratteristiche che li rendono adatti alla biomedicina, ad esempio per la costruzione di impalcature tissutali e per dispositivi di elettronica flessibile.
Un altro materiale studiato, il PNAGA-PCBAA, è un idrogel termoreversibile che può passare dallo stato liquido a quello solido a temperatura corporea. Questa proprietà lo rende un candidato interessante per l’uso in bioinchiostri per stampa 3D e biomateriali iniettabili, adatti a trattamenti medici avanzati.
Un ulteriore ambito di ricerca riguarda gli idrogel PNASC ultra-resistenti, noti per la loro capacità di resistere alla fatica del materiale. Le loro proprietà possono essere ulteriormente personalizzate attraverso copolimerizzazione mirata o miscelazione con altri monomeri, ampliando le possibilità di utilizzo in settori come la medicina rigenerativa e l’industria dei materiali avanzati.
Versatilità e potenziali sviluppi futuri
Secondo il professor Wen-Guang Liu, uno degli autori dello studio, il controllo delle strutture chimiche dei polimeri NAGA permette di ottenere materiali con proprietà altamente personalizzabili:
“Regolando con precisione la composizione chimica, possiamo creare materiali con caratteristiche specifiche per diverse applicazioni industriali.”
Questi polimeri potrebbero trovare impiego in ingegneria tissutale, sistemi per la guarigione delle ferite e rilascio controllato di farmaci, contribuendo a migliorare le tecnologie biomediche.
Un aspetto particolarmente interessante riguarda l’integrazione di questi materiali nei processi di stampa 3D. La possibilità di realizzare strutture meccanicamente stabili e biocompatibili con geometrie complesse apre nuove prospettive per la produzione additiva. Il prossimo obiettivo dei ricercatori sarà quello di ottimizzare ulteriormente le proprietà dei materiali e rendere la loro produzione scalabile, in modo da favorirne l’uso su larga scala.
