En haut à gauche :structure moléculaire d'un plastomère synthétisé dans ce travail; à droite :structure supramoléculaire formée par l'assemblage de plastomères identiques. En bas à gauche :courbes contrainte-déformation pour les plastomères (« M300-2 » et « M300-3 ») qui imitent le comportement mécanique des échantillons de peau de porc (« porcine », en coupe transversale ou longitudinale); à droite :image montrant la couleur irisée des plastomères. Les bords sont moins bleus car ils reçoivent la lumière sous un angle différent. Crédit :© D.A. Ivanov et S.S. Sheiko
Les tissus biologiques ont des propriétés mécaniques complexes – douces mais résistantes, à la fois robustes et flexibles – qui sont difficiles à reproduire en utilisant des matériaux synthétiques. Une équipe internationale a réussi à produire un matériau synthétique biocompatible qui reproduit la mécanique des tissus et modifie la couleur lorsqu'il change de forme, comme une peau de caméléon. Ces résultats, auxquels des chercheurs du CNRS, Université de Haute-Alsace et ESRF, le synchrotron européen, ont contribué avec des collègues aux États-Unis (Université de Caroline du Nord à Chapel Hill, Université d'Akron), sont publiés le 30 mars, 2018 en Science . Ils promettent de nouveaux matériaux pour les dispositifs biomédicaux.
Pour produire un implant médical, nous devons sélectionner des matériaux ayant des propriétés mécaniques similaires à celles des tissus biologiques, afin d'atténuer l'inflammation ou la nécrose. Un certain nombre de tissus, y compris la peau, la paroi intestinale, et le muscle cardiaque, ont la caractéristique d'être souples mais raides lorsqu'elles sont étirées. Jusqu'à maintenant, il a été impossible de reproduire ce comportement avec des matériaux synthétiques.
Les chercheurs ont tenté d'y parvenir avec un copolymère tribloc unique. Ils ont synthétisé un élastomère physiquement réticulé composé d'un bloc central sur lequel sont greffées des chaînes latérales (comme un goupillon) et de borniers linéaires à chaque extrémité (Voir figure). Les chercheurs ont découvert qu'en sélectionnant soigneusement les paramètres structurels du polymère, le matériau a suivi la même courbe de déformation qu'un tissu biologique, dans ce cas, la peau de porc. Il est également biocompatible, puisqu'il ne nécessite pas d'additifs, par exemple. solvant, et reste stable en présence de fluides biologiques.
Une autre propriété du matériau est apparue au cours des expériences :il change de couleur lors de la déformation. Comme les scientifiques l'ont montré, il s'agit d'un phénomène purement physique provoqué par la diffusion de la lumière à partir de la structure polymère. Des expériences de microscopie à force atomique et de diffraction des rayons X ont montré que les blocs terminaux de ces polymères s'assemblent en sphères nanométriques réparties dans une matrice brosse-polymère. La lumière interfère avec cette structure séparée en microphases pour produire une couleur en fonction de la distance entre les sphères; Ainsi, lorsque le matériau est étiré, ça change de couleur. C'est le même mécanisme qui explique comment les caméléons changent de couleur.
