Des chercheurs créent un gel capable de s'auto-guérir comme la peau humaine
Il ouvre la voie à des applications telles que l'administration de médicaments, la cicatrisation des plaies, les capteurs robotiques souples et la peau artificielle
Nous rencontrons tous des gels dans notre vie quotidienne, qu'il s'agisse des substances molles et collantes que vous mettez dans vos cheveux ou des composants gélatineux de divers produits alimentaires. Si la peau humaine présente les mêmes caractéristiques que les gels, elle possède des qualités uniques qu'il est très difficile de reproduire. Elle allie une grande rigidité à une grande souplesse et possède de remarquables capacités d'auto-guérison, puisqu'elle guérit souvent complètement dans les 24 heures qui suivent une blessure.
Jusqu'à présent, les gels artificiels parvenaient soit à reproduire cette grande rigidité, soit à reproduire les propriétés d'auto-guérison de la peau naturelle, mais pas les deux à la fois. Aujourd'hui, une équipe de chercheurs de l'université d'Aalto et de l'université de Bayreuth est la première à mettre au point un hydrogel doté d'une structure unique qui surmonte les limites précédentes, ouvrant ainsi la voie à des applications telles que l'administration de médicaments, la cicatrisation des plaies, les capteurs robotiques souples et la peau artificielle.
Dans cette étude révolutionnaire, les chercheurs ont ajouté des nanofeuillets d'argile spécifiques exceptionnellement grands et ultrafins aux hydrogels, qui sont généralement mous et spongieux. Les nanoparticules d'argile synthétique ont été conçues et fabriquées par le professeur Josef Breu de l'université de Bayreuth, en Allemagne. Le résultat est une structure très ordonnée avec des polymères densément enchevêtrés entre les nanofeuillets, ce qui améliore non seulement les propriétés mécaniques de l'hydrogel, mais permet également au matériau de s'auto-guérir.
Guérison par enchevêtrement
Le secret de ce matériau réside non seulement dans l'organisation des nanofeuillets, mais aussi dans les polymères qui s'enchevêtrent entre eux - et dans un processus aussi simple que la cuisson au four. Chen Liang, chercheur postdoctoral, a mélangé une poudre de monomères à de l'eau contenant des nanofeuillets. Le mélange a ensuite été placé sous une lampe UV, semblable à celle utilisée pour fixer le vernis à ongles en gel. Sous l'effet des rayons UV de la lampe, les molécules individuelles se lient les unes aux autres et le tout devient un solide élastique, un gel", explique Chen Liang.
L'enchevêtrement signifie que les fines couches de polymères commencent à s'enrouler les unes autour des autres comme de minuscules fils de laine, mais dans un ordre aléatoire", ajoute Hang Zhang, de l'université d'Aalto. Lorsque les polymères sont complètement enchevêtrés, il est impossible de les distinguer les uns des autres. Ils sont très dynamiques et mobiles au niveau moléculaire, et lorsque vous les coupez, ils recommencent à s'entrelacer.
Quatre heures après avoir été coupé avec un couteau, le matériau est déjà autocicatrisé à 80 ou 90 %. Au bout de 24 heures, il est généralement complètement réparé. En outre, un hydrogel d'un millimètre d'épaisseur contient 10 000 couches de nanofeuillets, ce qui rend le matériau aussi rigide que la peau humaine et lui confère un degré d'élasticité et de flexibilité comparable.
Les hydrogels rigides, résistants et autocicatrisants constituent depuis longtemps un défi. Nous avons découvert un mécanisme permettant de renforcer les hydrogels conventionnellement mous. Cela pourrait révolutionner le développement de nouveaux matériaux aux propriétés bio-inspirées", déclare Zhang.
S'inspirer de la nature
Ce travail est un exemple passionnant de la manière dont les matériaux biologiques nous incitent à rechercher de nouvelles combinaisons de propriétés pour les matériaux synthétiques. Imaginez des robots dotés de peaux robustes et autocicatrisantes ou des tissus synthétiques qui se réparent de manière autonome", explique Olli Ikkala, de l'université d'Aalto. Et même s'il reste encore du chemin à parcourir avant une application dans le monde réel, les résultats actuels représentent un bond en avant. C'est le genre de découverte fondamentale qui pourrait renouveler les règles de conception des matériaux".
Hang Zhang, Olli Ikkala et Josef Breu.
La clé pour obtenir une résistance élevée est l'ajout de nano-feuillets d'argile ultra-larges et minces qui ont un gonflement extrêmement uniforme par l'eau. Pour visualiser le phénomène à l'échelle nanométrique, on peut imaginer que l'on sépare une pile de papier d'imprimante à une distance uniforme de 1 mm. Les polymères sont ensuite pressés entre les nano-feuilles", ajoute M. Breu.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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