Desarrollan un hidrogel transpirable que evita la irritación de la piel

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

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.

Para resolver ese problema, un equipo de ingenieros del MIT ha desarrollado una fórmula de hidrogel que es a la vez hidratado y aireado, es decir, permeable al aire. Este nuevo material conserva la misma suavidad, elasticidad y resistencia que los hidrogeles convencionales, pero incorpora una red de pequeños túneles que lo atraviesan y permiten el paso del aire. Los resultados, publicados en 'Nature', podrían dar lugar a productos de hidrogel más duraderos, como vendajes y apósitos transpirables, mascarillas faciales cosméticas, lentes de contacto y monitores de salud o implantes con mejor rendimiento.

Por qué es tan difícil que el aire atraviese un hidrogel

El agua constituye aproximadamente el 90% de un hidrogel típico, mientras que 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, dando lugar a un gel flexible y elástico. Sin embargo, precisamente por estar compuesto principalmente de agua, resulta intrínsecamente difícil que el aire penetre de forma eficaz en el material.

Otros equipos ya habían intentado diseñar hidrogeles permeables al aire, principalmente mediante dos enfoques. El primero consiste en perforar orificios microscópicos en todo el gel, un diseño transpirable solo en presencia de aire, ya que al sumergirlo en líquido esos orificios se obstruyen rápidamente. El segundo enfoque consiste en mezclar el hidrogel con polímeros como la silicona, que permiten el paso del aire de forma natural, pero que requieren añadir una gran cantidad de polímero para lograr suficiente espacio permeable, lo que reduce la proporción de agua y hace que el material quede menos hidratado en general.

La clave: la separación de fases

Xuanhe Zhao, catedrático de Ingeniería Mecánica y también profesor de ingeniería civil, ambiental, médica y de ciencias en el MIT, ha sido uno de los principales impulsores del desarrollo y la aplicación de hidrogeles, y buscaba crear un material que permitiera el paso del aire sin renunciar a su alta proporción de agua. Según explica, el reto consistía en lograr muchos canales diminutos por los que pudiera circular el aire mientras se mantenía una gran cantidad de agua en el gel, algo que muchos consideraban imposible de conseguir.

Tras varios años de investigación, el equipo dio con la fórmula: la clave residía en la separación de fases, un fenómeno similar al que se observa cuando se mezclan aceite y agua, líquidos que, al no interactuar entre sí, se agrupan de forma instantánea en fases distintas.

Aprovechando este principio de separación de fases viscoelástica, los investigadores mezclaron su receta convencional de hidrogel con una pequeña cantidad de partículas de aerogel de sílice, que son esencialmente burbujas de aire en estado sólido. Estas partículas se comportan de forma similar al aceite al mezclarse con agua: las moléculas de agua tienden a agruparse entre sí con mayor rapidez que las partículas de sílice, que son menos abundantes. Este efecto de separación creó grandes bolsas de agua que comprimieron las partículas de sílice, formando túneles estrechos e interconectados. Tras unas horas, este proceso dio lugar a una red de túneles delgados y resistentes, recubiertos de sílice, por los que podía circular el aire.

Pruebas con voluntarios y sin irritación tras diez días

Una vez confirmada la formación de esta red de canales, el equipo reticuló la mezcla para fijar el gel y su estructura transpirable, y sometió el material a distintos experimentos para comprobar su transpirabilidad y su rendimiento mecánico. En uno de ellos, varios voluntarios llevaron el gel conectado a un monitor de electrocardiograma (ECG) inalámbrico mientras hacían ejercicio durante 20 minutos, junto a monitores con adhesivos de hidrogel convencionales y comerciales para comparar los resultados.

Durante los entrenamientos, los investigadores observaron que el hidrogel transpirable mantenía una señal de ECG fuerte y estable, mientras que el gel convencional presentaba fluctuaciones significativas en la señal. Resultados similares se obtuvieron en un experimento posterior en el que varios voluntarios usaron el hidrogel transpirable junto con el monitor de ECG durante diez días de ejercicio regular, sin mostrar signos de irritación cutánea y manteniendo lecturas precisas del dispositivo.

El equipo también sometió el material a 10.000 ciclos de estiramiento y compresión, tras los cuales comprobó que el gel conservaba intacta su red de canales de aire y, con ella, su transpirabilidad. Zhao destaca que el agua y el oxígeno son esenciales para la vida, y que incorporar aire a los hidrogeles abre la puerta a numerosas aplicaciones. El investigador concluye que este nuevo estudio ofrece un enfoque novedoso para que otros equipos puedan fabricar hidrogeles transpirables y multifuncionales, utilizando el concepto de separación de fases viscoelástica como guía.