Una strategia ispirata al processo responsabile della crescita muscolare potrebbe portare allo sviluppo di muscoli più forti, materiali più durevoli.

I ricercatori dell'Università di Hokkaido hanno sviluppato una strategia per fabbricare materiali che diventano più forti in risposta allo stress meccanico, imitando la crescita dei muscoli scheletrici. Le loro scoperte, pubblicato sulla rivista Scienza , potrebbe aprire la strada a materiali di lunga durata che possono adattarsi e rafforzarsi in base alle condizioni circostanti.

La strategia è stata ispirata dal processo che rende i muscoli scheletrici umani più forti. Come risultato dell'allenamento della forza in palestra, Per esempio, le fibre muscolari si rompono, favorire la formazione di nuovi, fibre più forti. Perché ciò accada, i muscoli devono essere riforniti di aminoacidi, gli elementi costitutivi delle proteine, che si uniscono e formano le fibre muscolari.

Jian Ping Gong dell'Università di Hokkaido è specializzato nella scienza dei polimeri. Il suo team di ricerca ha sviluppato una strategia che impiega "idrogel a doppia rete" che emula il processo di costruzione dei muscoli scheletrici.

Gli idrogel a doppia rete sono un morbido, materiale ancora tenace formato da circa l'85% in peso di acqua e due tipi di reti polimeriche:una rigida e fragile, e l'altro morbido ed elastico.

Il team ha posizionato un idrogel a doppia rete all'interno di una soluzione contenente molecole, chiamati monomeri, che possono essere uniti per formare composti più grandi chiamati polimeri. Questa soluzione emula il ruolo del sangue circolante che trasporta gli amminoacidi ai muscoli scheletrici.

L'applicazione della forza di trazione (stiramento) all'idrogel provoca la rottura di alcune delle sue catene polimeriche rigide e fragili. Questo porta alla generazione di una specie chimica chiamata "meccanoradicali" alle estremità delle catene polimeriche spezzate. Questi meccanoradicali possono innescare l'unione del monomero assorbito nell'idrogel dalla soluzione circostante in una rete polimerica, rafforzamento del materiale.

Con successivi allungamenti, si verifica più scomposizione e costruzione, simile a quello che accade con i muscoli scheletrici sottoposti a un allenamento di forza. Attraverso questo processo, la forza e la rigidità dell'idrogel sono migliorate rispettivamente di 1,5 e 23 volte, e il peso dei polimeri è aumentato dell'86%. Il team è stato inoltre in grado di adattare la risposta del materiale alla forza meccanica utilizzando un monomero specifico che ha alterato la reazione del gel al calore; riscaldato ad alte temperature, la superficie del gel è diventata più resistente all'acqua.

I ricercatori affermano che il loro lavoro potrebbe aiutare con lo sviluppo di materiali in gel che crescono spontaneamente per applicazioni come tute flessibili per pazienti con lesioni scheletriche; queste tute diventerebbero potenzialmente più forti e più funzionali man mano che vengono utilizzate. Il professor Gong ha spiegato "Poiché molti tipi di gel DN hanno caratteristiche meccaniche simili, questo processo potrebbe essere applicato a una vasta gamma di gel, ampliando la gamma di potenziali applicazioni."