Tenendo conto di quanto descritto prima andiamo a cercare il parallelismo con il processo di formazione e di funzionamento di materiali auto-rigeneranti o auto-riparanti. Il più comune metodo per ottenere un polimero che si auto-rigenera è inserire in esso microsfere o microfibre, di circa 200 nm di diametro, le quali contengono il materiale di riparazione o meglio il monomero (la cui formula varia a seconda delle necessità) e contemporaneamente l’enzima che catalizza il processo di polimerizzazione, simulando così processi coagulativi e di rigenerazione del tessuto tramite collagene (che potremmo paragonare al monomero della polimerizzazione). Il problema è cercare la formulazione giusta che permetta al processo, o meglio all’enzima, di attivarsi solo quando necessario.

Preparazione dell’enzima e modalità di attivazione: catalizzatore di Grubbs

E’ stato recentemente sviluppato un catalizzatore (catalizzatore di Grubbs) ad attivazione meccanica che può essere fatto passare dallo stato inattivo a quello attivo tramite lo stretching (allungamento) di una catena polimerica. Alcuni ricercatori presso il politecnico di Eindhoven hanno ottenuto questo risultato racchiudendo un metallo cataliticamente attivo in due capsule molecolari, chiamate leganti. A queste capsule sono state attaccate due catene polimeriche, creando così una lunga catena con un complesso metallico al centro. Le capsule sono disciolte in un liquido precedentemente irradiato con ultrasuoni. Il riscaldamento generato dagli ultrasuoni provoca la formazione di bolle nel liquido. Quando le bolle implodono, creano una forte corrente che tende le catene e provoca la rottura della capsula e del complesso metallico in due parti, permettendo allo ione metallico di diventare cataliticamente attivo e quindi in grado di avviare reazioni chimiche. Tale fenomeno avvierà la creazione di materiali auto-riparanti in grado di rafforzarsi sotto l'effetto di stress fisici. Se un materiale trattato con questo metodo si strappa, rompe il complesso metallico ed attiva il catalizzatore. Questo riparerà istantaneamente il materiale. Queste microsfere, che emulano il comportamento delle proteine e degli enzimi coinvolti nel meccanismo di cicatrizzazione umana, sono inserite in forma inattiva nel polimero attraverso metodi meccanici e chimici e inserite all'interno del materiale assieme a più piccole sfere di catalizzatore che permettono il processo di polimerizzazione identico a quello usato per creare il materiale all'origine. Il materiale all'apparenza sembra comune plastica ma, al suo interno, contiene delle microsfere contenenti un'agente riparante. Quando la plastica inizia a rompersi le sfere vengono gradualmente rilasciate e, rompendosi, rilasciano l'agente chimico che salda la spaccatura. La grande novità consiste nel fatto che la riparazione avviene anche se la spaccatura nasce all'interno. Il polimero grazie al processo auto riparante recupera fino al 75% delle sue caratteristiche originali.

2001 S.R. White et al, nature 409, 794

Catalizzatore di Grubbs : complesso di cloro-ruthenio chelato tramite doppio legame ad un gruppo benzilico. Il monomero diciclopentadiene è contenuto in microcapsule di urea- formaldeide.

Microcapsule preparate con ultrasuoni e microemulsione