[ad_1]
(Foco Nanowerk) Los hidrogeles son redes de polímeros reticulados que pueden absorber grandes cantidades de agua. En los últimos años, se han logrado avances significativos en los llamados hidrogeles “responsivos a estímulos”, materiales que cambian sus propiedades en respuesta a factores ambientales como el pH o las fluctuaciones de temperatura. La hábil integración de estas dinámicas ha permitido innovaciones en hidrogeles que van desde dispositivos de administración de fármacos hasta estructuras de tejidos.
Resulta que estos geles “inteligentes” también tienen un potencial intrigante para ocultar y revelar información de forma segura, un talento comparable a la tinta invisible de alta tecnología. Al explotar los cambios de transparencia en los materiales, los investigadores se dieron cuenta de que los hidrogeles podían ajustarse a patrones oscuros, imágenes y otros datos visuales impresos en la matriz del gel. La aplicación posterior del estímulo adecuado revela la información oculta.
Sin embargo, el desarrollo de un hidrogel que destaque en dicho cifrado y descifrado de datos sigue siendo difícil de alcanzar. Los formidables obstáculos técnicos van desde una mala resolución del patrón debido a la contracción con cambios de transparencia hasta una capacidad de respuesta lenta que requiere estímulos difíciles de manejar, como cambios extremos de pH.
Bueno, como se describe en un artículo reciente. Materiales funcionales avanzados (“Un hidrogel similar al papel para el cifrado y descifrado de información versátil mediante separación de fases inducida por productos químicos”), los investigadores han desarrollado una plataforma de hidrogel inteligente con una versatilidad sin precedentes para registrar y almacenar de forma segura información visual sensible.
Mediante el uso de enlaces de hidrógeno entre dos componentes poliméricos, el equipo de investigación logró desarrollar un material «inteligente» similar al papel con un rendimiento sorprendente. Las tintas químicas inducen una separación de fases local rápida para el almacenamiento de información de alta precisión. Los activadores térmicos separados luego cifran dinámicamente los datos.
Estas capacidades superan con creces los hidrogeles existentes que se están explorando para tareas de cifrado. El autor principal, Yue Zhao, de la Universidad de Sherbrooke, señaló: «La precisión y la capacidad de ajuste de nuestro sistema establecen un nuevo estándar en el almacenamiento dinámico de información en hidrogel. Vemos diversas aplicaciones logísticas y antifalsificación».
El corazón de esta innovación es un hidrogel compuesto hecho de poli(alcohol vinílico) (PVA) y poli(n-vinilcaprolactama) (PNVCL). Los investigadores hacen un uso inteligente de las propiedades de ambos polímeros: mientras que el PVA forma una red mecánicamente robusta mediante enlaces de hidrógeno, el PNVCL permite la separación de fases inducida químicamente mediante interacciones con varias moléculas de tinta.
Es de destacar que el hidrogel cambia localmente de transparente a opaco cuando se escribe con una tinta que contiene ácidos carboxílicos (grupos -COOH). Este efecto se debe a los enlaces de hidrógeno y las interacciones orbitales n-π entre las moléculas de tinta y PNVCL, que alteran el estado de equilibrio de la red de hidrogel. Los patrones opacos almacenan eficazmente la información «escrita».
Sin embargo, a diferencia de otros hidrogeles, este sistema compuesto mantiene su integridad estructural sin una contracción problemática. Los cambios mínimos de volumen durante la transición de fase permiten una excelente resolución del patrón. Los investigadores demostraron la versatilidad de este enfoque escribiendo con tintas de bajo peso molecular, como el ácido cítrico, o tintas macromoleculares más duraderas, como el poli(ácido acrílico). La elección de la tinta determina la longevidad de la información codificada en el hidrogel.
Quizás lo más notable es la facilidad con la que los mensajes o imágenes guardados se pueden ocultar y mostrar cuando sea necesario. Aprovechando las propiedades termosensibles del hidrogel, los investigadores demostraron cómo un calentamiento suave puede inducir un cambio de fase separado que oculta patrones escritos en todo el material. Más tarde, el enfriamiento revela los datos secretos. Combinando inteligentemente múltiples mecanismos de cambio de fase, son posibles muchas modalidades de cifrado y descifrado de información.
El autor principal, Yue Zhao, de la Universidad de Sherbrooke, comentó sobre la importancia de este trabajo: «Nuestro principio de diseño de hidrogel ha abierto muchas posibilidades nuevas para el almacenamiento de información y las tecnologías antifalsificación». La versatilidad de nuestro enfoque, que incluye muchos tipos de cifrado /descifrado en combinación con alta resolución de patrones y – «La fidelidad habilitada podría inspirar hidrogeles «inteligentes» de próxima generación».
En el futuro, al equipo de Zhao le gustaría ampliar la funcionalidad de su plataforma. Los estudios en curso están investigando cómo las diferencias de afinidad química en hidrogeles compuestos similares pueden permitir aplicaciones como memorias, sensores y sistemas de administración de fármacos basados en solventes. Si se desarrollan más, materiales como estos podrían formar la base de «paquetes inteligentes» para el almacenamiento y transmisión seguros de información en logística, transacciones financieras o tratamientos médicos.
Aunque esta investigación aún se encuentra en sus primeras etapas, destaca el papel prometedor que pueden desempeñar los hidrogeles sensibles en el cifrado de datos y las tecnologías antifalsificación en constante avance. El profesor Zhao concluyó: «Nuestros estudios fundamentales continúan descubriendo principios de diseño que mejoran la utilidad práctica de los materiales blandos ‘inteligentes’ en muchas áreas y contribuyen a tecnologías que mejoran la sociedad».
De
Miguel
Berger
– Michael es autor de tres libros de la Royal Society of Chemistry: Nano-Society: Pushing the Boundaries of Technology, Nanotechnology: The Future is Tiny y Nanoengineering: The Skills and Tools Making Technology Invisible Copyright ©
Nanowerk LLC
¡Conviértete en autor invitado de Spotlight! Únase a nuestro gran y creciente grupo de autores invitados. ¿Acaba de publicar un artículo científico o le gustaría compartir otros desarrollos interesantes con la comunidad de nanotecnología? Cómo publicar en nanowerk.com.
[ad_2]