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Des polymères qui miment la peau des caméléons

Des polymères qui miment la peau des caméléons

© Creative Commons, Jean-Louis Vandevivère

Des chercheurs du CNRS, de l’Université de Haute-Alsace, de l’ESRF et des universités américaines de Caroline du Nord et d’Akron ont synthétisé un polymère qui se comporte comme les tissus biologiques sur le plan mécanique, et possède les mêmes propriétés optiques que la peau des caméléons. Ce matériau biocompatible pourrait ouvrir la voie à une nouvelle génération d’implants médicaux. 

De nombreux tissus biologiques dont la peau, la paroi intestinale et le muscle cardiaque ont la particularité d’être souples lorsqu’ils ne sont soumis à aucune contrainte mécanique. Et lorsqu’ils sont étirés, ils se rigidifient pour empêcher les déchirures. Ces propriétés sont difficiles à reproduire avec des matériaux synthétiques. Parmi les systèmes souples développés jusqu’à présent, les hydrogels possèdent un fort pouvoir absorbant. Ils sont capables de gonfler significativement en présence d’eau.

Néanmoins, ces matériaux ne sont pas adaptés à des applications biomédicales car ils sont fragiles et sensibles à l’air. En quête d’un matériau souple stable dans les fluides biologiques, des chercheurs du CNRS, de l’Université de Haute-Alsace, de l’ESRF et des universités américaines de Caroline du Nord et d’Akron, se sont tournés vers la physique des polymères.   

Une architecture en forme de « brosse » 

Pour obtenir un matériau souple les scientifiques doivent diminuer son module élastique, le paramètre qui caractérise la raideur du matériau. Impossible sans solvant pour les chaînes de polymères conventionnelles comme le polyéthylène. Alors les chercheurs ont façonné une matrice avec une structure chimique particulière. La partie centrale est composée d’un polymère linéaire à base d’acrylates sur lequel viennent se greffer des chaînes d’un polymère siliconé, le polydimethylsiloxane. « L’ensemble possède une architecture en forme de « brosse » qui permet d’avoir un squelette rigide en limitant l’enchevêtrement entre les chaînes, et donc en conservant une certaine souplesse », précise Dimitri Ivanov qui a participé aux travaux.

A chaque extrémité, les scientifiques ont ajouté des polymères linéaires. A température ambiante, ces blocs terminaux s’auto-assemblent en sphères nanométriques qui constituent les nœuds physiques d’un réseau supramoléculaire. Sur le plan optique, ces sphères se comportent comme un réseau de diffraction pour la lumière : le matériau prend une couleur qui dépend de la distance entre deux nœuds. La nature élastique des « brosses » permet de faire varier ces distances : le matériau peut donc changer de couleur sous l’effet d’une contrainte mécanique. « Comme dans la peau d’un caméléon, la couleur a une origine physique : elle est due à la structure du matériau », précise le chercheur. 

Un réseau de diffraction pour la lumière 

En choisissant le degré de polymérisation du bloc principal, la densité de greffage et la longueur des chaînes latérales ou encore la longueur des blocs terminaux, il est possible de modifier les propriétés mécaniques de la structure. « Nous sommes parvenus à obtenir un profil de déformation identique à celui des tissus biologiques : ce système tribloc permet de jouer sur les paramètres mécaniques de façon très précise », remarque le scientifique. Ce polymère biocompatible pourrait être utilisé pour fabriquer des implants médicaux dont les matériaux doivent avoir des propriétés similaires aux tissues biologiques environnants pour limiter les réponses inflammatoires. Et pourquoi ne pas envisager des matériaux aux profils de déformation complètement inédits.  

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