Un nouvel hydrogel peut s'étirer jusqu'à 15 fois sa taille d'origine

Photos de processus de gonflage de dispositifs pneumatiques. (A) Un dispositif pneumatique d’hydrogel d’acrylamide (teneur en eau de 70 % en poids, sans agents de réticulation) gonflé avec 25 ml d’air et dégonflé. (B) Un dispositif pneumatique Ecoflex 00-30 gonflé avec 100 ml d'air et dégonflé. Crédit :*Science* (2024). DOI :10.1126/science.adh3632

Une équipe d'ingénieurs moléculaires de l'Université Tsinghua, en Chine, a développé un nouveau type d'hydrogel qui peut s'étirer jusqu'à 15 fois sa taille d'origine, puis reprendre sa forme originale. Dans leur étude, publiée dans la revue Science , le groupe a modifié le processus normalement utilisé pour créer des hydrogels pour en produire un nouveau beaucoup plus élastique.

Les hydrogels sont connus pour leur élasticité :ils peuvent être tirés comme de la tire ou un élastique. Mais la plupart ne reprennent pas très bien leur forme originale, ce qui les rend extensibles mais pas élastiques. De plus, ils ne peuvent être étirés que dans une seule direction.

Actuellement, les hydrogels sont généralement fabriqués en créant des composés avec des polymères réticulés liés par des molécules d'eau. Dans ce nouvel effort, l'équipe chinoise a cherché à améliorer les caractéristiques d'un hydrogel en apportant des modifications à la méthode de fabrication.

Pour créer leur nouvel hydrogel, l'équipe de recherche a modifié l'approche standard en ajoutant ce qu'elle décrit comme des « chaînes de colliers de perles » :des chaînes de polymères formées en forme de bobines et reliées entre elles à l'aide d'atomes de carbone. De telles chaînes, ont-ils découvert, pouvaient se déployer lorsqu’on les tirait et se rembobiner lorsqu’elles étaient relâchées. Pour créer les chaînes, l'équipe a retiré l'eau d'un hydrogel traditionnel, forçant les chaînes existantes à s'attacher à elles-mêmes, puis a restauré l'eau.

Les chercheurs ont découvert qu’ils pouvaient étirer un échantillon de 30 cm jusqu’à cinq mètres. Lorsqu’ils l’ont relâché, l’échantillon a retrouvé sa taille et sa forme d’origine en quelques secondes seulement. Ils suggèrent que les échantillons réalisés en forme de disque pourraient être tirés dans toutes les directions jusqu'à ce que l'échantillon original soit 100 fois plus gros que sa forme originale, puis revenir à sa forme originale une fois relâché.

Propriétés de guérison rapide des pinces hydrogel AETC-25. (A) Une pince avec un canal d’air d’environ 4 cm. (B) Le canal d’air a été percé. (C) La pince percée a été gonflée avec 500 ml d’air après guérison pendant 1 s. (D) La pince gonflée a retrouvé son état initial après dégonflage en quelques secondes. Crédit :*Science* (2024). DOI :10.1126/science.adh3632

Pour tester l'utilisation de l'hydrogel dans des applications générales, ils ont construit des pinces robotisées et les ont utilisées pour manipuler en douceur des objets fragiles dans leur laboratoire. Ils ont découvert que leur robot pouvait ramasser des fraises, par exemple, sans causer de contusions ni de dommages d'aucune sorte. Ils suggèrent que leur nouvel hydrogel trouvera de nombreuses utilisations dans des applications commerciales.

Plus d'informations : Lili Chen et al, Un hydrogel hyperélastique avec une déformation biaxiale réversible ultralarge, Science (2024). DOI :10.1126/science.adh3632

Informations sur le journal : Sciences