Ingenieros del MIT (Estados Unidos) han desarrollado una fórmula para un hidrogel que es a la vez hidratado y aireado, es decir, permeable al aire. Este nuevo material es igual de suave, elástico y resistente que los hidrogeles convencionales, pero una red de pequeños túneles que lo atraviesan permite el paso del aire.

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Los resultados, que se publican en la revista 'Nature', podrían permitir la creación de productos de hidrogel más duraderos, como vendajes y apósitos transpirables, mascarillas faciales cosméticas y lentes de contacto, además de monitores de salud e implantes con mejor rendimiento.

Los hidrogeles son materiales blandos y biocompatibles, compuestos principalmente de agua y una pequeña cantidad de polímero. Esta sustancia, similar a la gelatina, está disponible en forma de parches médicos, aerosoles y adhesivos, y puede adherirse a la piel o implantarse en el cuerpo para curar heridas, fijar implantes y encapsular y liberar medicamentos gradualmente.

A pesar de sus propiedades adhesivas, elásticas y protectoras, los hidrogeles carecen de una característica clave: la transpirabilidad. Si se usan durante demasiado tiempo, un vendaje o parche puede retener la humedad y el sudor, lo que puede irritar los tejidos y reducir la eficacia de cualquier dispositivo al que se adhiera el hidrogel.

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El hidrogel aireado se puede usar durante períodos más prolongados que los hidrogeles convencionales, sin causar irritación en la piel. Además, reduce la acumulación de sudor, incluso durante el ejercicio. En experimentos, voluntarios usaron monitores cardíacos inalámbricos sujetos al pecho con el nuevo hidrogel transpirable. Tras 10 días de ejercicio regular, los voluntarios no mostraron signos de irritación cutánea y los monitores cardíacos mantuvieron lecturas precisas.

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"El agua y el oxígeno son esenciales para la vida", apunta Xuanhe Zhao, catedrático de Ingeniería Mecánica, además de profesor de ingeniería civil y ambiental, e ingeniería y ciencias médicas en el MIT. "Ahora que hemos incorporado aire a los hidrogeles, se abren numerosas aplicaciones".

El agua constituye aproximadamente el 90 por ciento de un hidrogel típico. El resto del material está formado por polímeros. Al mezclarse con agua mediante un proceso químico conocido como reticulación, los polímeros se organizan formando una especie de andamiaje que retiene el agua, creando un gel flexible y elástico. Sin embargo, debido a que la composición del hidrogel es principalmente agua, resulta intrínsecamente difícil que el aire penetre eficazmente en el material.

Otros grupos han intentado diseñar hidrogeles permeables al aire, principalmente mediante dos enfoques. El primero consiste en perforar orificios microscópicos en todo el gel. Estos diseños son transpirables, pero solo en presencia de aire. Al sumergirlos en líquido, los orificios se obstruyen rápidamente.

Los investigadores también han intentado mezclar hidrogel con ciertos polímeros, como la silicona, que permiten el paso del aire de forma natural. Sin embargo, este método requiere añadir una gran cantidad de polímeros al hidrogel para crear suficiente espacio permeable que permita el paso del aire. Como resultado, estos hidrogeles presentan una mayor proporción de polímero respecto al agua, lo que los hace menos hidratados en general.

Zhao, que ha sido un líder en el desarrollo y la aplicación de hidrogeles, buscaba crear un hidrogel que permitiera el paso del aire sin perder su composición rica en agua.

"Queríamos tener muchos canales diminutos para que pasara el aire, a la vez que manteníamos mucha agua en el gel", explica Zhao. "Esto supuso un reto importante, algo que la gente creía imposible de lograr".

Tras varios años de investigación, el equipo dio con la fórmula ideal para un hidrogel transpirable que minimiza los ingredientes no acuosos necesarios para permitir el paso del aire. En su nuevo estudio, revelan que la clave reside en la separación de fases. Un ejemplo común de este proceso es la interacción entre el aceite y el agua. La diferencia en las fases de ambos líquidos provoca su separación instantánea. Al mezclarse, el aceite y el agua se agrupan en fases distintas, evitando la interacción entre sí.

Zhao y sus colaboradores aprovecharon la separación de fases viscoelástica para crear un hidrogel transpirable. Para su nuevo diseño, mezclaron su receta convencional de hidrogel con una cantidad muy pequeña de partículas de aerogel de sílice, que son esencialmente burbujas de aire en estado sólido.

Resulta que las partículas se comportan de forma similar al aceite cuando se mezclan con agua. Los investigadores descubrieron que, al mezclar una pequeña cantidad de estas partículas con una solución de hidrogel con alto contenido de agua, las moléculas de agua se agrupaban, encontrándose entre sí con mayor rapidez que las partículas de sílice, menos abundantes. Este efecto de separación de fases viscoelástica creó grandes bolsas de agua y comprimió las partículas de sílice formando túneles estrechos e interconectados. El equipo observó que, tras unas horas, este efecto formó una red de túneles delgados y resistentes, recubiertos de sílice, a través de los cuales podía circular el aire.

Una vez confirmada la formación de la red, el equipo reticuló la mezcla, congelando así el gel y su red transpirable. A continuación, probaron la transpirabilidad y el rendimiento mecánico del gel en diversos experimentos, incluyendo uno en el que pidieron a varios voluntarios que llevaran el gel, conectado a un monitor de electrocardiograma (ECG) inalámbrico, mientras hacían ejercicio durante 20 minutos. Los voluntarios también llevaron monitores con adhesivos de hidrogel convencionales y comerciales.

Durante los entrenamientos, los investigadores observaron que el hidrogel transpirable mantenía una señal de ECG fuerte, a diferencia del gel convencional, que presentaba fluctuaciones significativas en la señal. Los investigadores observaron resultados similares en un experimento con varios voluntarios que usaron el hidrogel transpirable y el monitor de ECG durante 10 días.

El equipo también sometió el gel a diversas pruebas, realizando 10.000 ciclos de estiramiento y compresión. Tras estas pruebas, comprobaron que el gel conservaba la red de canales de aire, manteniendo así su transpirabilidad.

Zhao concluye que el nuevo estudio proporciona un enfoque novedoso para que otros fabriquen hidrogeles transpirables y multifuncionales, utilizando el concepto de separación de fases viscoelásticas como guía.

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