“Es posiblemente el polímero inteligente más versátil jamás descubierto,” señala Tao Xie, científico de polímeros en el Centro de Investigación y Desarrollo GM en Warren, Michigan, que publicó sus descubrimientos en la edición de Nature de esta semana.
Los polímeros con memoria de forma pasan de una forma predeterminada a otra en respuesta a provocaciones como la temperatura, la luz o los campos magnéticos. La mayoría de esos materiales sólo poseen una forma temporal y un estado permanente al que vuelven cuando son provocados. Los polímeros están siendo desarrollados para autoajustar ortodoncias, el autocierre de suturas dentro de la cirugía laparoscópica, dispositivos médicos como las cánulas para vasos sanguíneos y los implantes de hueso, y en la aviación, para su uso en alas que puedan cambiar de forma durante el vuelo.
La versatilidad del Nafion como polímero multiforme es sorprendente, y no fue desarrollado en un principio para este propósito, señala Andreas Lendlein, pionero de los polímeros con memoria de forma en el Centro de Investigación GKSS de Teltow, Alemania. Xie afirma que sus descubrimientos sugieren que un amplio rango de polímeros con propiedades similares podrían ser capaces de cambiar de forma múltiples veces.
Las propiedades de cambio del forma del Nafion también indican que podría adoptar más de cuatro formas. El polímero se puede programar para transformarse a temperaturas arbitrarias dentro de un amplio rango, siempre y cuando estas temperaturas estén bien separadas. Xie fue capaz de programar tres transiciones, dando un total de cuatro formas. “Uno se pregunta cuántas formas más podrían recordar,” señala.
“Cuantas más formas puedas memorizar, más compleja puede ser la estructura y la función,” afirma Christoph Weder, químico de polímeros en la Universidad de Friboug en Suiza. Podría, por ejemplo, expandir ciertas aplicaciones actuales: alas de avión que tomen cuatro formas distintas; antenas para naves espaciales que se expandan a grosores distintos; y cánulas de ancho ajustable que podrían ser transformadas desde vasos sanguíneos más anchos hasta otros más estrechos para su colocación en la rama de una arteria.
En 2006, Lendlein y sus colegas desarrollaron un material capaz de tomar tres formas en respuesta a cambios de calor. La clave consistía en desarrollar dos tipos de polímeros con distintos puntos de derretido. El material mantenía una forma a temperatura ambiente, se transformaba en una segunda forma cuando se calentaba más allá del punto de derretido, y una forma final cuando se calentaba a una temperatura aún más alta.
nCon el Nafion, afirma Xie, “no tenemos que hacer nada especial.” Se puede programar para que mantenga múltiples formas puesto que posee un amplio rango de temperatura, desde 55 °C a 130 °C, donde se mantiene blando y elástico, y puede ser deformado. La mayoría de los polímeros tienen una única transición de temperatura como esta; son elásticos por encima de ella, y quebradizos por debajo.
La programación del polímero implica su calentamiento a una alta temperatura dentro del rango de transición del cristal, deformándolo y después enfriándolo a una temperatura más baja mientras se mantiene la fuerza de deformación. “Después del enfriado, esa forma se queda fija,” señala Xie. La posterior deformación y enfriado del polímero hará que se programen formas adicionales.
Xie fue capaz de programar el Nafion tres veces. El polímero asocia las tres formas temporales—largo, más largo, y doblado—con las temperaturas a las que fue deformado. Cuando se calienta, pasa por las formas temporales, pasando de estar doblado a estar rígido y después más corto a esas temperaturas prefijadas, hasta alcanzar su forma permanente.
Ni el material ni el concepto son nuevos, señala Weder, aunque este trabajo es interesante y novedoso puesto que se trata del primer material con memoria de cuatro formas. “Xie toma un trozo de polímero conocido por todos y juega con él, demostrando un nuevo truco,” afirma. “En principio, no veo por qué no podría adoptar más formas.”