Un petit ver à poils, se tortillant autour de l'océan, peut étendre sa mâchoire à l'extérieur de sa bouche pour piéger sa proie. La mâchoire changeante du ver, rigide à la base et souple à la fin, est constitué d'un seul matériau contenant le zinc minéral et l'acide aminé histidine, qui ensemble régissent le comportement mécanique de l'articulation à travers ce qu'on appelle une chimie de coordination des métaux.

Des scientifiques comme LaShanda Korley, Professeur agrégé distingué de science et génie des matériaux et de génie chimique et biomoléculaire à l'Université du Delaware, veulent recréer ces chimies et construire des structures similaires en matériaux synthétiques. En faisant cela, ils peuvent développer de nouveaux, matériaux améliorés pour une utilisation dans des capteurs, applications de santé, et beaucoup plus. Les chimies comme celles-ci sont omniprésentes dans la nature. L'interaction fer-protéine dans le sang humain, par exemple, peut être un déterminant de la maladie.

Dans un article publié dans l'édition de juillet 2019 du Journal Européen des Polymères , Korley, rejoints par Chase Thompson, doctorant en science et génie des matériaux et Sourav Chatterjee, associé post-doctoral, décrit comment ils ont construit un réseau de matériaux, en zinc et polymères, qui imitait le gradient mécanique de la mâchoire d'un ver à poils.

Ce projet, l'aboutissement de plus de cinq années de travail, a été financé par une subvention de la National Science Foundation. L'objectif est d'utiliser des systèmes de matériaux naturels pour comprendre comment contrôler l'interaction des caractéristiques structurelles, surtout les propriétés mécaniques, en combinant des structures dynamiques et permanentes, dit Korley.

"L'idée est la suivante :pouvez-vous assembler deux choses qui ne s'aiment pas vraiment et utiliser cette idée de dynamique comme moyen de contrôler la façon dont l'énergie est libérée dans le système, qui est lié au comportement mécanique ?", a-t-elle déclaré.

L'équipe a imité l'architecture du système de mâchoire du ver à poils en ajoutant un polymère supramoléculaire coordonné au zinc dans un réseau de polyéthylène glycol réticulé de manière covalente. Avec les bonnes concentrations, ils ont découvert qu'ils pouvaient régir les propriétés mécaniques du matériau. "Le réseau permanent que nous utilisons pour héberger ces interactions dynamiques est une bonne plate-forme pour réaliser ces structures de gradient, " dit Thompson. Ensuite, il prévoit d'étudier les moyens d'influencer la mémoire de forme et d'autres propriétés de ces matériaux.

Korley s'inspire de la nature pour concevoir une variété de matériaux. Elle est la chercheuse principale de PIRE :Bio-Inspired Materials and Systems, un quinquennat, Subvention de 5,5 millions de dollars de la National Science Foundation.

A travers ce projet, Korley et ses collaborateurs de la Case Western Reserve University, l'Université de Californie, San Diego, l'Université de Chicago, L'Université de Fribourg en Suisse et l'Université de Strathclyde au Royaume-Uni étudient et développent des matériaux qui peuvent changer la ténacité en réponse à leur environnement, sont des implants biologiques plus sûrs et plus efficaces, transmettre des signaux électriques de type nerveux, et peut répondre à l'environnement pour initier des processus biologiques, tous pour une utilisation dans des applications robotiques douces.

Par exemple, les chercheurs étudient des moyens de fabriquer des matériaux solides comme la soie d'araignée et des matériaux qui changent de forme en réponse à l'humidité, comme des pommes de pin, qui s'ouvrent dans des conditions sèches et se ferment dans des conditions humides. Ils utilisent également les propriétés uniques des matériaux qu'ils découvrent pour développer de nouveaux matériaux imprimés en 3D.

L'étude des matériaux souples et des polymères, longtemps une force à UD, croît, en partie grâce à l'expertise de Korley. Korley et Thomas H. Epps, III, le professeur principal en développement de carrière Thomas et Kipp Gutshall en génie chimique et biomoléculaire et en science et génie des matériaux, ont également formé un nouveau centre de recherche, le Centre de Recherche sur la Matière Molle et les Polymères (CRISP). Korley et Epps collaborent avec des chercheurs de Chemours et ont récemment publié un article de synthèse sur les relations structure-propriété dans les revêtements de surface polymères dans la revue ACS Applied Polymer Materials.

L'entreprise de recherche de Korley implique également la sensibilisation des étudiants de premier cycle, qui peuvent grandement bénéficier d'une expérience de recherche qui complète leur travail en classe.

"La recherche vous offre une plate-forme pour suivre cette formation fondamentale en classe et pouvoir l'appliquer à un problème, " dit-elle. " Dans le laboratoire, les élèves apprennent à réfléchir à des problèmes, afficher et communiquer leur travail, et être des leaders et des joueurs d'équipe. Nous avons tous ces aspects dans nos cours, mais je pense qu'il existe une manière holistique dont la recherche de premier cycle peut former les étudiants à le faire. »

Korley est également passionnée par les activités de sensibilisation qui initient les filles du secondaire aux sciences et à l'ingénierie. Les étudiants de son laboratoire ont été impliqués dans le tutorat à Serviam Girls Academy à New Castle, Delaware.

"La chose la plus importante pour moi est d'avoir un impact, être collaboratif, pour vraiment s'engager avec la communauté au sens large, " dit-elle. " C'est important pour moi. "