Hidrogeles magneto-poliméricos fluidificantes. Diseño y caracterización de las propiedades mecánicas

Abstract

En las últimas décadas se han producido importantes avances en el desarrollo de materiales inteligentes blandos multifuncionales, que pueden cambiar algunas de sus propiedades frente a un estímulo externo. Un tipo importante de dichos materiales son los hidrogeles magnéticos. La estructura de red tridimensional inherente de los hidrogeles hace que sean muy difíciles de administrar por vías mínimamente invasivas, lo cual ha estimulado importantes esfuerzos de investigación para diseñar nuevas formulaciones de hidrogeles que puedan ser inyectables. El objetivo general del presente trabajo fue preparar materiales magneto-poliméricos que se comporten como geles fluidificantes, de tal modo que puedan inyectarse sin que se deterioren sus propiedades mecánicas y, además, que dichas propiedades puedan regularse a distancia mediante la aplicación de campos magnéticos externos. La autorecuperación es más común en redes poliméricas basadas en interacciones físicas que presentan elementos con capacidad de auto-ensamblado. Por ello, se prepararon hidrogeles físicos magneto-poliméricos fluidificantes a partir de dos estrategias: a) disoluciones de polímeros altamente concentradas y b) mezclas de disoluciones de polímeros aniónicos (alginato de sodio) y catiónicos (quitosano). Se analizaron las propiedades reológicas, magneto-reológicas, la inyectabilidad y se verificó que con ambas estrategias era posible preparar hidrogeles fluidificantes magnéticos y no magnéticos. En los compuestos magneto-poliméricos basados en alginato de alto peso molecular, se encontró una concentración crítica de polímeros por encima de la cual los compuestos se comportaron como materiales similares a gel y se desarrolló un modelo teórico capaz de reproducir correctamente la tendencia general exhibida por las magnitudes reológicas experimentales en régimen estacionario de flujo. En los hidrogeles magnéticos basadas en mezcla de polímeros aniónicos y catiónicos, los valores máximos alcanzados por los módulos de almacenamiento y de pérdidas en la fase de recuperación son un orden de magnitud inferior a los existentes antes de la destrucción de la estructura interna, sin embargo, el comportamiento similar a gel se recupera rápidamente, lo que representa una característica interesante. Los elevados valores del número de Péclet alcanzados en los experimentos reológicos demuestran que la difusión térmica es despreciable, mientras que el fuerte comportamiento fluidificante mostrado por las muestras que contienen partículas debe estar conectado a la rotura de clústeres de partículas en ausencia de campo magnético aplicado.