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Materiali intelligenti per favorire il processo di guarigione delle ferite

Alcuni scienziati, sostenuti dall’UE, hanno mostrato il modo in cui materiali intelligenti, denominati polimeri magnetoattivi (MAP, Magnetoactive Polymers), potrebbero un giorno essere impiegati per stimolare la guarigione delle ferite epiteliali.

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I MAP modificano le loro proprietà meccaniche in risposta all’area che li circonda. Questi materiali, che rappresentano uno sviluppo rivoluzionario nei campi della meccanica dei solidi e della scienza dei materiali, sono costituiti da una matrice polimerica (un elastomero) con minuscole particelle magnetiche che cambiano nella forma e nelle dimensioni a seconda del loro stato di magnetizzazione. «Il concetto di fondo prevede l’azione di un campo magnetico esterno sulle forze interne di questo materiale in modo tale che ne risultino modificate le proprietà meccaniche, quali la rigidità, o che si verifichino persino cambiamenti di forma e volume in grado di interagire con determinati sistemi cellulari», spiega il dottor Daniel Garcia-Gonzalez, ingegnere presso l’Università Carlos III di Madrid in un articolo pubblicato su «Explica.co». Garcia-Gonzalez è il primo autore di uno studio che descrive un modello utilizzato per fornire una guida teorica sui sistemi MAP, potenzialmente applicabili per stimolare la guarigione delle ferite epiteliali. Nello studio, i ricercatori hanno analizzato il modo in cui le proprietà di una matrice elastomerica e la frazione volumetrica delle particelle influiscono sulla risposta meccanica dei MAP. Con il sostegno del progetto 4D-BIOMAP, finanziato dall’UE, i risultati di questa ricerca sono stati pubblicati nella rivista «Composites Part B: Engineering».

Verificare la risposta dei polimeri

Il gruppo di ricerca ha condotto dei test di trazione su 16 diverse configurazioni di produzione del materiale, analizzando varie combinazioni delle frazioni volumetriche delle particelle e dei rapporti di miscelazione degli agenti reticolanti (molecole che collegano le catene polimeriche), al fine di osservare la loro risposta alle sollecitazioni. I risultati hanno evidenziato una relazione diretta tra frazione volumetrica delle particelle e rigidità dei MAP. La frazione volumetrica delle particelle crescente ha comportato un incremento della rigidità complessiva per tutti i rapporti di miscelazione testati. Inoltre, sembra che il rapporto di miscelazione svolga un ruolo fondamentale per stabilire la risposta meccanica dei MAP. L’articolo riferisce che il controllo di questi processi può aprire la strada a nuove applicazioni ingegneristiche, quali la robotica morbida o una nuova generazione di muscoli artificiali. Garcia-Gonzalez spiega il concetto con parole semplici: «immaginiamo una persona sulla spiaggia che vuole muoversi velocemente: il fondo sabbioso (l’ambiente meccanico) rende un po’ più difficile procedere rispetto all’asfalto o a una pista da corsa. Allo stesso modo, se una cellula si trova su un supporto troppo morbido, il suo movimento sarà più impegnativo. D’altra parte, se saremo in grado di modificare questi supporti e di realizzare queste piste di atletica per le cellule, riusciremo a rendere lo sviluppo di tutti questi processi molto più efficiente». Quindi, con il controllo delle condizioni di produzione del composito dei MAP, i ricercatori sono in grado di fornire al materiale le proprietà ottimali necessarie per una particolare applicazione. In questo senso, il gruppo ha già individuato un notevole potenziale volto a favorire la guarigione delle ferite epiteliali e altri processi di sviluppo cellulari. Il progetto quinquennale 4D-BIOMAP (Biomechanical Stimulation based on 4D Printed Magneto-Active Polymers) è iniziato nel mese di gennaio del 2021. «In generale, l’idea di questo progetto è…influire a livello cellulare sui vari processi biologici (quali la guarigione delle ferite, le sinapsi cerebrali o le risposte del sistema nervoso) e ciò consentirà lo sviluppo di determinate applicazioni ingegneristiche che ne permetteranno il controllo» spiega Garcia-Gonzalez, responsabile del progetto 4D-BIOMAP. Per maggiori informazioni, consultare: pagina web del progetto 4D-BIOMAP

Parole chiave

4D-BIOMAP, magnetoattivo, polimero, polimero magnetoattivo, elastomero, matrice, particella, frazione volumetrica

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