Cartilagem artificial de cristal líquido imita cartilagem natural

Redação do Site Inovação Tecnológica - 22/06/2020

É a primeira vez que se consegue usar o material para fabricar objetos grandes com resolução microscópica.
[Imagem: Nicholas A. Traugutt et al. - 10.1002/adma.202000797]

Biomimetismo

Os tecidos biológicos evoluíram ao longo de milênios para serem perfeitamente otimizados para suas funções específicas.

A cartilagem é um exemplo clássico: É um tecido elástico, acomodável, macio o suficiente para funcionar como amortecedor nas articulações, mas forte o bastante para resistir à compressão e suportar a carga substancial dos nossos corpos.

Infelizmente ela se degrada, e ainda não existem formas de substituir a cartilagem natural - por enquanto.

Nicholas Traugutt e colegas da Universidade do Colorado, nos EUA, foram buscar no material usado nas telas de TV e celular um caminho para construir materiais que correspondam às propriedades e comportamentos dos tecidos biológicos.

Eles conseguiram imprimir em 3D uma estrutura de treliça porosa e complexa - que podem finalmente imitar a cartilagem e outros tecidos biológicos - usando elastômeros de cristal líquido.

Cristal líquido

Os elastômeros de cristal líquido são materiais macios e multifuncionais, conhecidos por sua elasticidade e extraordinária capacidade de dissipar energia.

"Todo o mundo já ouviu falar dos cristais líquidos porque você os observa na tela do seu celular. E você provavelmente já ouviu falar de polímeros de cristal líquido, porque é exatamente isso que o Kevlar é. Nosso desafio era transformá-los em polímeros moles, como elastômeros, para usá-los como amortecedores. É aí que você desce pelas camadas da complexidade," disse o professor Christopher Yakacki.

Ocorre que os elastômeros de cristal líquido são difíceis de manipular. Até agora, o que se conseguiu foi criar objetos grandes com detalhes mínimos, ou grandes detalhamentos em estruturas praticamente microscópicas. Mas, como nas telas dos celulares, o futuro é da alta resolução.

A equipe encontrou a solução para esse aumento de resolução em um processo de impressão 3D chamado processamento digital por luz. Eles criaram uma resina em formato de favos de mel que se cura quando atingida por luz ultravioleta, formando novas ligações em uma sucessão de finas camadas de fotopolímeros. Em outras palavras, o material endurece, mas não muito: A resina curada forma um elastômero macio, forte e de formato ajustável, imitando a cartilagem.

Esquema do processo e protótipo de um disco cervical, ainda não pronto para uso médico.
[Imagem: Nicholas A. Traugutt et al. - 10.1002/adma.202000797]

Consertar a coluna vertebral

A equipe imprimiu várias estruturas, incluindo uma flor de lótus minúscula e detalhada e um protótipo de uma gaiola de fusão espinhal.

Essas estruturas podem ter várias aplicações, como espumas de capacete absorventes de choque ou até pequenos implantes biomédicos para os dedos dos pés. Mas a equipe está de olho em aplicações médicas bem mais sensíveis.

"A coluna vertebral está cheia de desafios e é um problema difícil de resolver," disse Yakacki. "As pessoas tentaram fazer discos sintéticos de tecido espinhal e não fizeram um bom trabalho. Com a impressão 3D e a alta resolução que obtivemos, você pode igualar exatamente a anatomia de uma pessoa. Um dia, podemos ser capazes de cultivar células para consertar a coluna, mas, por enquanto, podemos dar um passo adiante com a próxima geração de materiais. É para onde queremos ir."

Bibliografia:

Artigo: Liquid-Crystal-Elastomer-Based Dissipative Structures by Digital Light Processing 3D Printing
Autores: Nicholas A. Traugutt, Devesh Mistry, Chaoqian Luo, Kai Yu, Qi Ge, Christopher M. Yakacki
Revista: Advanced Materials
DOI: 10.1002/adma.202000797

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