I micro-serbatoi di vescicole lipidiche nella massa dell'idrogel, come si vede dalla microscopia elettronica a scansione quando il gel viene fratturato a basse temperature per esporre una superficie interna. Credito:Lin et al., Scienza (2020)
Un team di ricercatori del Weizmann Institute of Science in Israele ha sviluppato un idrogel lubrificato a base di lipidi che è più scivoloso degli idrogel a base d'acqua. Nel loro articolo pubblicato sulla rivista Scienza , il gruppo descrive la loro ispirazione per il nuovo tipo di idrogel e come ha funzionato durante il test. Tannin Schmidt con la School of Dental Medicine dell'Università del Connecticut Health Center ha pubblicato un pezzo di Prospettiva nello stesso numero della rivista che delinea il lavoro del team su questo nuovo sforzo e suggerisce possibili usi per esso.
Gli idrogel sono utilizzati in un'ampia varietà di applicazioni, compresi quelli biomedici (compresi quelli odontoiatrici), sensori ingegneristici e specifici per l'applicazione (come un anoscopio, usato per esami anali). Una delle loro principali attrattive è la loro scivolosità, che riduce l'attrito tra le parti:la riduzione dell'attrito riduce l'usura. E come nota Schmidt, la maggior parte degli idrogel è resa scivolosa da fluidi intrappolati in un materiale di base. In questo nuovo sforzo, i ricercatori sono partiti dalla consapevolezza che il lubrificante prodotto dagli animali per prevenire l'attrito tra le articolazioni (che risiedono nella cartilagine) è a base di lipidi. Consente alla maggior parte delle persone di vivere per più decenni senza degrado articolare. Ispirato dal design della natura, i ricercatori hanno cercato di replicare tali lubrificanti e anche di replicare il meccanismo che mantiene in posizione la scivolosità. Negli animali, il lubrificante deve essere costantemente sostituito in quanto perde di efficacia.
Una versione ampliata di due dei tanti micro-serbatoi visti, che mostra i liposomi approssimativamente sferici la cui membrana è un doppio strato lipidico. Credito:Lin et al., Scienza (2020)
Il meccanismo progettato dal team in Israele prevedeva l'incorporazione di piccole quantità di lipidi fosfatidilcolina in un idrogel a base d'acqua, dove i lipidi migrano senza assistenza verso la superficie esterna dell'idrogel, rendendo solo la superficie più scivolosa. I lipidi continuano a migrare verso la superficie esterna man mano che quelli sulla superficie si consumano o si perdono, fornendo così un lubrificante di lunga durata.
Mostra un effetto sorprendente della lubrificazione molto efficiente:i dischi di idrogel sono compressi da una sfera d'acciaio sotto un carico di 5 kg, che viene poi strofinato avanti e indietro su di essi. Quando i lipidi vengono aggiunti al gel per lubrificarlo, come nella foto a sinistra, poi anche dopo un'ora di scorrimento avanti e indietro non c'è quasi nessun cambiamento nel gel perché l'attrito è così basso. Credito:Lin et al., Scienza (2020)
Quando i ricercatori hanno testato il loro idrogel a base di lipidi contro idrogel a base di acqua, hanno scoperto che era molto più scivoloso del 100%. Ciò ha comportato una minore usura nelle applicazioni biomediche che richiedevano un attrito ridotto. Hanno anche scoperto che il loro idrogel avrebbe mantenuto le sue caratteristiche speciali anche dopo essere stato essiccato e reidratato. Schmidt suggerisce che il nuovo idrogel potrebbe essere utilizzato in un'ampia varietà di applicazioni mediche e biologiche.
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