Desvelando la evolución poroelástica de los hidrogeles de agar durante el secado

Por qué importa el secado de los geles blandos

Los geles de agar procedentes de algas marinas sostienen discretamente tecnologías cotidianas, desde pruebas de laboratorio y sistemas de liberación de fármacos hasta postres y alimentos de origen vegetal. Estos geles están formados en su mayoría por agua, sin embargo su resistencia y textura pueden cambiar de forma drástica cuando se secan al aire. Este estudio plantea una pregunta simple pero importante: ¿qué ocurre exactamente en el interior de estos materiales ricos en agua cuando pierden humedad, se encogen y se endurecen? Al observar el secado de hidrogeles de agarosa y medir con precisión cómo evoluciona su forma y firmeza, los autores revelan una historia en dos pasos —aflojamiento seguido de endurecimiento— que podría ayudar a los ingenieros a diseñar geles más resistentes en condiciones reales.

De polvo de algas a un sólido blando

Los investigadores se centraron en hidrogeles de agarosa, un componente purificado del agar extraído de algas rojas. La agarosa forma una red tridimensional de fibras diminutas que atrapan agua, creando un sólido transparente y similar a una gelatina. Por ser biocompatible y por permitir ajustar el tamaño de poro y la rigidez, la agarosa se usa ampliamente como soporte para células, medio para separar biomoléculas y espesante en productos alimentarios y farmacéuticos. En muchos de estos usos el gel no se mantiene completamente hidratado: puede resecarse en los bordes, almacenarse largo tiempo o sufrir variaciones de temperatura y humedad. Sin embargo, en comparación con geles totalmente hidratados, se sabe mucho menos sobre cómo su estructura interna y su comportamiento mecánico evolucionan mientras están efectivamente secándose.

Observando cómo se encogen y se endurecen los geles

Para seguir esta evolución, el equipo preparó cilindros de agarosa y agar a distintas concentraciones y los dejó secar al aire hasta tres días. Imágenes de alta resolución tomadas cada pocas horas mostraron un encogimiento gradual y cambios de color a medida que el agua se evaporaba. En momentos clave —tras 2, 4, 24 y 72 horas— comprimen las muestras a lo largo de su altura con un dispositivo de medida de fuerzas, obteniendo el módulo de Young, una medida estándar de rigidez, a partir de la parte inicial lineal de la curva esfuerzo-deformación. También liofilizaron algunas muestras y las observaron con microscopía electrónica de barrido para capturar la red porosa antes y después del secado. Finalmente, modelaron la pérdida de agua con una clásica ecuación de difusión, estimando la rapidez con que el agua se mueve a través de geles con distinto contenido sólido.

Un sorprendente cambio en dos etapas de la firmeza

Las mediciones revelaron que los geles no se endurecen de forma continua a medida que se secan. En cambio, la rigidez cae ligeramente durante el primer día y luego aumenta bruscamente en los días siguientes. La microscopía y los datos de volumen sugieren que dos sucesos distintos de pandeo explican este comportamiento no monótono. Al principio, cuando una pequeña cantidad de agua sale sobre todo de las regiones externas, el volumen total se reduce lo suficiente como para que la red de fibras semiflexibles se doble y ceda. Esta inestabilidad interna ablanda temporalmente el material, aun cuando pierde agua. Más tarde, conforme continúa el secado y escapa más agua, los poros empiezan a colapsar: las fibras se aproximan, la red se densifica y el gel se vuelve notablemente más rígido —y, en última instancia, más frágil.

Cómo controla la concentración el secado

El análisis de difusión mostró que el agua escapa más rápido de geles diluidos y más despacio de los densos. Los geles de baja concentración, con poros anchos y abiertos, tienen coeficientes de difusión mayores y se secan con rapidez, pero este encogimiento rápido puede dar lugar a costras superficiales, tensiones internas desiguales y mayor riesgo de fisuración. Los geles de alta concentración se secan más lentamente porque sus redes más compactas dificultan el movimiento del agua. En estas muestras el encogimiento y el endurecimiento son más graduales, y el pandeo de poros en fases tardías produce estructuras fuertes y rígidas. En todas las concentraciones aparece el mismo patrón básico en dos etapas: pandeo de la red y ablandamiento inicial, seguido de colapso de poros y refuerzo.

Por qué son útiles estos hallazgos

Al relacionar la pérdida de agua, la estructura a microescala y la respuesta mecánica a escala macroscópica, este trabajo ofrece una imagen física clara de cómo evolucionan los hidrogeles de agarosa al secarse. Para ingenieros y científicos que diseñan geles para andamiajes tisulares, dispositivos de diagnóstico, robótica blanda o texturas alimentarias, la lección es que el secado no es solo una simple pérdida de humedad. Es una secuencia dinámica en la que la red interna primero se debilita y luego se bloquea en un estado más denso y rígido, con la velocidad y el alcance de estos cambios controlados por la concentración del gel. Entender y ajustar este proceso en dos pasos puede ayudar a crear materiales basados en hidrogel que mantengan el equilibrio adecuado entre blandura, resistencia y estabilidad a lo largo del tiempo.

Cita: Ed-Daoui, A., Chafi, N., Khoshnaw, F. et al. Unveiling the poroelastic evolution of agar hydrogels through the drying process. Sci Rep 16, 11929 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41283-y

Palabras clave: hidrogeles de agarosa, secado, propiedades mecánicas, poroelasticidad, pandeo