Investigadores de RWTH Aachen y DWI desarrollan hidrogeles inteligentes inspirados en sistemas biológicos, financiados por la DFG. Buscan crear materiales adaptativos para aplicaciones en medicina y biotecnología.
La Fundación Alemana de Investigación (DFG) ha decidido financiar el grupo de formación en investigación EMERGE, que se llevará a cabo en la Universidad RWTH Aachen y el Instituto DWI – Leibniz de Materiales Interactivos. Este programa tiene como objetivo desarrollar geles inteligentes inspirados en sistemas biológicos.
La pregunta central del grupo de investigación "Materiales Blandos Adaptativos a Través de Geles Coloidales Programables con Bloques Constructivos Biológicos (EMERGE)" es cómo diseñar materiales que se adapten a su entorno, similar a los sistemas vivos. Este programa comenzará el 1 de octubre y tendrá una duración inicial de cinco años.
Los investigadores están trabajando para crear una nueva generación de hidrogeles capaces de adaptarse a su entorno. Estos materiales podrían reconocer moléculas específicas, adherirse selectivamente a superficies, repararse tras sufrir daños, degradarse controladamente o cambiar de forma ante estímulos externos. A largo plazo, estos avances podrían abrir nuevas oportunidades en campos como la medicina, la biotecnología, la catálisis y la protección de cultivos, abordando así desafíos globales relacionados con la salud y la producción sostenible de alimentos.
El profesor Andrij Pich, quien lidera el Departamento de Polímeros Funcionales e Interactivos y forma parte del equipo científico del DWI, actúa como portavoz y líder científico del grupo. Junto con investigadores provenientes de diversas disciplinas como química, biología, física, ingeniería y medicina, busca establecer las bases para una nueva clase de materiales inspirados biológicamente.
En el núcleo del estudio se encuentran los hidrogeles coloidales: materiales blandos ricos en agua construidos a partir de bloques constructivos biológicos como proteínas, péptidos, ácidos nucleicos, polisacáridos y fosfolípidos. A diferencia de los hidrogeles coloidales convencionales basados en polímeros sintéticos, estos materiales bio-basados ofrecen un notable grado de complejidad funcional que permite alcanzar propiedades hasta ahora inalcanzables para los materiales artificiales.
El objetivo es comprender cómo se puede aprovechar la información codificada en las moléculas biológicas para crear materiales con propiedades programables. Sin embargo, esto presenta varios desafíos científicos debido a la amplia variabilidad en estructura y origen de los bloques constructivos biológicos. Además, los métodos actuales para producir nano- y microgeles no son fácilmente aplicables a sistemas biológicos. También hay poco conocimiento sobre la estructura, dinámica y funcionamiento de los hidrogeles derivados biológicamente.
Cada proyecto dentro del grupo EMERGE se centra en diferentes moléculas biológicas con estructuras variadas para desarrollar nano- y microgeles adaptados a funciones específicas. La investigación está organizada en tres áreas temáticas:
Aparte de sus objetivos científicos, EMERGE también pone un fuerte énfasis en formar a la próxima generación de investigadores. Mediante cursos dedicados, estancias internacionales e interacción con expertos destacados a nivel mundial, esta iniciativa prepara a los doctorandos para sus futuras carreras tanto en academia como en industria.
Los hidrogeles adaptativos son materiales que pueden cambiar sus propiedades en respuesta a estímulos externos, similar a cómo lo hacen los sistemas biológicos. Están diseñados para reconocer moléculas específicas, reparar daños, degradarse de manera controlada o cambiar de forma según el entorno.
Estos materiales podrían tener aplicaciones en medicina, biotecnología, catálisis y protección de cultivos, abordando desafíos globales relacionados con la salud, la producción de alimentos y tecnologías sostenibles.
El grupo de investigación EMERGE se organiza en tres áreas: A) nanogeles para entrega dirigida de fármacos; B) microgeles como transportadores programables y adhesivos; C) métodos analíticos avanzados y simulaciones por computadora para estudiar y predecir el comportamiento de estos materiales.
EMERGE enfatiza la formación de nuevos investigadores a través de cursos especializados, estancias internacionales y colaboración con expertos líderes, preparando a los doctorandos para carreras tanto en la academia como en la industria.