Le groupe de Daniela Kraft a réussi à créer un réseau de microparticules à la fois solide et totalement flexible. Cela peut paraître simple, mais ils sont les premiers au monde à y parvenir. Cette réalisation représente une véritable avancée dans la physique de la matière molle. L'étude est publiée dans Physical Review Letters .
doctorat Le candidat Julio Melio étudie les réseaux microscopiques et flexibles et ce n'est pas une tâche facile. Dans la nature, ces micro-réseaux se trouvent dans les gels, les polymères ou le cytosquelette des cellules de votre corps. "Ces matériaux sont pliables grâce à ce que l'on appelle les modes doux, les états flexibles", explique Melio.
"Nous ne savons pas vraiment comment la température affecte ces états. Il est trop compliqué d'étudier cela dans des systèmes biologiques, nous avons donc créé un réseau de sphères microscopiques, des colloïdes, en laboratoire. Le système le plus simple est un réseau carré. Il peut se déformer en une forme en forme de diamant, par exemple."
Le chercheur achète des colloïdes de silice et les enrobe de lipides. Puis il crée un lien ADN pour relier les sphères. "Nous utilisons deux types de brins d'ADN qui peuvent s'attacher l'un à l'autre et les placer sur des colloïdes. Ceux-ci peuvent ensuite se lier l'un à l'autre, mais pas à un autre colloïde de la même espèce. La particularité de ces liens d'ADN est que les particules liées peuvent se déplacer les uns par rapport aux autres. Le réseau est donc flexible."
Commence ensuite le travail difficile consistant à amener les perles dans la structure souhaitée. C'est tout un défi, explique Melio. "Vous prenez un colloïde avec ce qu'on appelle une pince optique, un laser, et vous le mettez en contact avec un deuxième. C'est ainsi que vous construisez le réseau un par un." Cependant, le système est extrêmement sensible, donc au moindre changement de circonstances, vous obtenez des sphères de mauvaise qualité qui se collent les unes aux autres. "Et puis le système perd de sa flexibilité", explique Melio.
La première fois, il a fallu le doctorat. candidat près de trois quarts d'année pour réaliser une grille parfaitement carrée de cinq par cinq colloïdes. "Aujourd'hui, je peux heureusement le faire beaucoup plus rapidement", dit-il. Cela fait du groupe Kraft le premier au monde à construire une grande microstructure de manière aussi contrôlée sans perdre en flexibilité.
Les chercheurs ont déjà acquis de nouvelles connaissances qui aident à mieux comprendre les modes doux dans les micro-réseaux. Plus le réseau est grand, plus il est probable qu’il soit à l’état carré plutôt qu’à l’état de diamant. Les structures plus grandes se cisaillent également mieux :elles se déforment plus facilement sous l'effet d'une force de cisaillement que les variantes plus petites.
Ceci est intéressant pour développer de nouveaux métamatériaux, dont les propriétés dépendent de la structure. Par exemple, comment il réagit à la pression ou comment il peut se replier. Mais Melio espère surtout pouvoir trouver un moyen de contrôler à distance la déformation du micro-réseau.
"Vous auriez alors la base d'un microrobot. Ceux-ci sont utilisés, par exemple, dans des applications biomédicales, comme les opérations. Bien sûr, je ne suis pas encore si loin. J'expérimente actuellement en rendant les colloïdes magnétiques pour voir si ils peuvent ainsi être contrôlés de l'extérieur. Ce serait vraiment bien si je pouvais y parvenir avant de terminer mon doctorat", déclare Melio.
Plus d'informations : Julio Melio et al, Modes normaux doux et rigides dans les réseaux carrés colloïdaux souples, Physical Review Letters (2024). DOI : 10.1103/PhysRevLett.132.078202
Fourni par l'Université de Leiden
