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Usando como fonte de inspiração o crescimento dos ossos no esqueleto humano, pesquisadores da Universidade de Linköping, na Suécia, e da Universidade de Okayama, no Japão, desenvolveram uma combinação de materiais que tomam variadas formas até o enrijecimento. Inicialmente macios, os elementos endurecem através de um processo que usa materiais semelhantes aos encontrados nos nossos ossos.
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De acordo com os cientistas, quando nascemos, temos lacunas em nossos crânios que são cobertas por pedaços de tecido conjuntivo macio chamado fontanelas. É graças às fontanelas que nossos crânios podem ser praticamente esmagados durante a passagem pelo canal do nascimento em um parto natural. Após o nascimento, as fontanelas tornam-se gradualmente ossos duros.
Agora, os pesquisadores combinaram materiais que juntos se assemelham a esse processo natural. “Queremos usar isso para aplicações onde os materiais precisam ter propriedades diferentes em diferentes pontos do tempo. Primeiro, o material é macio e flexível, e depois é fixado no lugar quando endurece”, explica Edwin Jager, professor associado do Departamento de Física, Química e Biologia (IFM) da Universidade de Linköping.
Segundo Jager, esse material poderia ser usado, por exemplo, em fraturas ósseas complicadas. “Também poderia ser usado em microrrobôs — esses, macios, poderiam ser injetados no corpo através de uma seringa fina, e então eles se desdobrariam e desenvolveriam seus próprios ossos rígidos”.
Robô microscópico pode ser usado para correção de fraturas ósseas
A ideia surgiu durante uma visita de pesquisa no Japão, quando Jager conheceu Hiroshi Kamioka e Emilio Hara, estudiosos que realizam pesquisas sobre ossos. Os pesquisadores japoneses descobriram uma espécie de biomolécula que poderia estimular o crescimento ósseo em um curto período de tempo. Ao combinar essa biomolécula com a pesquisa de materiais de Jager, eles descobriram que podem desenvolver novos materiais com rigidez variável.
No estudo que se seguiu, publicado na Advanced Materials, os pesquisadores construíram uma espécie de simples “microrrobô”, que pode assumir formas diferentes e mudar na rigidez. Os pesquisadores começaram com um material em gel chamado alginato.
De um lado do gel, um material de polímero é cultivado. Esse material é eletroativo, e altera seu volume quando uma baixa tensão é aplicada, fazendo com que o robô se dobre em uma direção especificada.
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Do outro lado do gel, os pesquisadores anexaram biomoléculas que permitem que o material de gel macio endureça. Essas biomoléculas são extraídas da membrana de um tipo de célula importante para o desenvolvimento ósseo.
Quando o material está imerso em um meio de cultura celular — um ambiente que se assemelha ao corpo e contém cálcio e fósforo — as biomoléculas fazem o gel mineralizar e endurecer como um osso.
Uma possível aplicação de interesse aos pesquisadores é a cura óssea. A ideia é que o material macio, alimentado pelo polímero eletroativo, seja capaz de manobrar-se em espaços de complicadas fraturas ósseas e expandir. Quando o material endurecer, poderá formar a base para a construção de novos ossos.
Em seu estudo, os pesquisadores demonstram que o material pode envolver-se em torno de ossos de galinha, e o osso artificial que se desenvolve posteriormente cresce junto com o osso do animal.
Ao estabelecer padrões no gel, os pesquisadores podem determinar como o microrrobô simples se dobrará quando a tensão for aplicada. Linhas perpendiculares na superfície do material fazem o robô dobrar em um semicírculo, enquanto linhas diagonais fazem dobrar como um saca-rolhas.
“Controlando como o material gira, podemos fazer o microrrobô se mover de diferentes maneiras, e também afetar como o material se desenrola em ossos quebrados. Podemos incorporar esses movimentos na estrutura do material, tornando desnecessários programas complexos para direcionar esses robôs”, diz Jager.
Para saber mais sobre a biocompatibilidade dessa combinação de materiais, os pesquisadores estão agora analisando como suas propriedades funcionam em conjunto com células vivas.
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