Aquamelt

Un aquamelt es un material polimérico hidratado de forma natural que es capaz de solidificarse a temperaturas ambientales mediante la aplicación controlada de una tensión (ya sea mecánica o química).

Son únicos por su capacidad de “fijar” el trabajo aplicado a través de una alteración en los enlaces de hidrógeno , lo que permite procesarlos con aproximadamente 1000 veces menos energía que los polímeros estándar. ^{[ 1 ]} Esto se ha demostrado recientemente para un biopolímero arquetípico , la seda , ^{[ 2 ]} sin embargo, se cree que el mecanismo de solidificación es inherente a muchos otros materiales biológicos. ^{[ 3 ] [ 4 ]}

Los Aquamelts se definieron como una nueva clase de material polimérico como resultado de una comparación entre la materia prima de hilado del gusano de seda chino ( Bombyx mori ) y el polietileno de alta densidad fundido (HDPE) ^{[ 2 ]} utilizando imágenes de luz polarizada inducida por cizallamiento (SIPLI). ^{[ 5 ]}

La comprensión actual de la fibrilación inducida por cizallamiento requiere que las cadenas poliméricas experimenten la siguiente serie de pasos: i) las moléculas de cadena larga se estiran, ii) y forman núcleos puntuales persistentes, que iii) se alinean bajo flujo en filas y luego iv) crecen para crear fibrillas cristalinas. ^{[ 2 ]} Para que estas fibrillas permanezcan, la temperatura de la muestra debe disminuirse por debajo del punto de fusión de los polímeros. Este proceso es análogo a la fibrilogénesis de los polímeros de seda natural en la que las proteínas se alinean (se pliegan), se nuclean ( se desnaturalizan ) y cristalizan (se agregan). Sin embargo, en el caso de la seda, las fibrillas persisten sin necesidad de una disminución de la temperatura. ^{[ 6 ] [ 7 ]}

Desde una perspectiva macromolecular, se cree que ambos procesos son similares debido a la interacción única de una proteína nativa con su agua estrechamente ligada. ^{[ 3 ] [ 4 ]} Al igual que una cadena polimérica individual en estado fundido, una proteína nativa y sus moléculas de agua estrechamente ligadas pueden considerarse no como una solución, sino como una única entidad procesable, un nanocompuesto denominado "aquamelt".

Las diferencias entre un polímero típico y un aquamelt se destacan por la capacidad de este último para solidificarse en respuesta a la tensión a temperaturas ambientales. Esto ocurre cuando la tensión aplicada es suficiente para separar el agua fuertemente unida a la proteína, dividiendo el nanocompuesto. Esto da como resultado cambios conformacionales en la proteína y una mayor probabilidad de formar enlaces de hidrógeno entre las cadenas proteicas y la posterior solidificación. ^{[ 4 ]} Las estructuras multiescala, es decir, las fibrillas o espumas, son el resultado de una combinación de campos de tensión direccionales y las propiedades de autoensamblaje del aquamelt. ^{[ 7 ] [ 8 ]}

Los aquamelts ofrecen varias ventajas sobre las soluciones actuales para la producción de polímeros sintéticos . En primer lugar, se obtienen de fuentes naturales, sin depender del petróleo para su producción, y son reciclables y biodegradables . En segundo lugar, pueden procesarse a temperatura y presión ambiente, generando únicamente agua como subproducto del proceso de solidificación. En tercer lugar, los cálculos de trabajo realizados en materias primas de seda y polietileno de alta densidad revelaron una diferencia de diez veces en la cantidad de energía de corte necesaria para iniciar la solidificación. ^{[ 9 ]} Al considerar la temperatura de procesamiento, la diferencia en los requerimientos de energía para la solidificación es mil veces menor para los aquamelts que para los polímeros sintéticos. ^{[ 1 ]}