Hydrogels réalisés sous la forme des lettres D, N et A s'effondrent d'eux-mêmes dans un état liquide mais reprennent leur forme d'origine lorsqu'ils sont entourés d'eau. Crédit :Luo Lab
(Phys.org)—Rappelle un peu le Terminator T-1000, un nouveau matériau créé par les chercheurs de Cornell est si doux qu'il peut s'écouler comme un liquide puis, étrangement, reprendre sa forme initiale.
Plutôt que du métal liquide, c'est un hydrogel, un maillage de molécules organiques avec de nombreux petits espaces vides qui peuvent absorber l'eau comme une éponge. Il se qualifie comme un « métamatériau » avec des propriétés introuvables dans la nature et peut être le premier métamatériau organique avec des méta-propriétés mécaniques.
Les hydrogels ont déjà été envisagés pour une utilisation dans l'administration de médicaments - les espaces peuvent être remplis de médicaments qui se libèrent lentement à mesure que le gel se biodégrade - et comme cadres pour la reconstruction tissulaire. La capacité de former un gel dans une forme souhaitée élargit encore les possibilités. Par exemple, un gel infusé de médicament pourrait être formé pour s'adapter exactement à l'espace à l'intérieur d'une plaie.
Dan Luo, professeur de génie biologique et environnemental, et ses collègues décrivent leur création dans le numéro du 2 décembre de la revue Nature Nanotechnologie .
Le nouvel hydrogel est composé d'ADN synthétique. En plus d'être la matière dont sont faits les gènes, L'ADN peut servir de bloc de construction pour les matériaux d'auto-assemblage. Les brins simples d'ADN se verrouilleront sur d'autres peuplements simples qui ont un codage complémentaire, comme de minuscules Legos organiques. En synthétisant l'ADN avec des sections complémentaires soigneusement disposées, l'équipe de recherche de Luo a précédemment créé de courts supports qui se lient à des formes telles que des croix ou des Y, qui à leur tour se rejoignent aux extrémités pour former des structures en forme de maille pour former le premier hydrogel tout ADN réussi. Essayer une nouvelle approche, ils ont mélangé de l'ADN synthétique avec des enzymes qui provoquent l'auto-réplication de l'ADN et son extension en longues chaînes, pour faire un hydrogel sans liaisons ADN.
"Au cours de ce processus, ils s'entremêlent, et l'enchevêtrement produit un réseau 3-D, " expliqua Luo. Mais le résultat n'était pas ce à quoi ils s'attendaient :l'hydrogel qu'ils ont fabriqué coule comme un liquide, mais lorsqu'il est placé dans l'eau revient à la forme du récipient dans lequel il a été formé.
"Ce n'était pas intentionnel, " dit Luo.
Au microscope électronique, le matériau se révèle être constitué de minuscules "nids d'oiseaux" d'ADN enchevêtré, Haut, qui sont liés ensemble par plus d'ADN se dresse dans une masse, bas. La structure enchevêtrée crée de nombreux espaces minuscules qui absorbent l'eau comme une éponge. Crédit :Luo Lab
L'examen au microscope électronique montre que le matériau est constitué d'une masse de minuscules "nids d'oiseau" sphériques d'ADN enchevêtré, environ 1 micron (millionième de mètre) de diamètre, encore enchevêtrés les uns aux autres par des chaînes d'ADN plus longues. Il se comporte comme une masse d'élastiques collés ensemble :il a une forme inhérente, mais peut être étiré et déformé.
La manière exacte dont cela fonctionne est « encore à l'étude, " les chercheurs ont dit, mais ils théorisent que les forces élastiques qui maintiennent la forme sont si faibles qu'une combinaison de tension superficielle et de gravité les surmonte; le gel s'affaisse juste en une goutte lâche. Mais quand il est immergé dans l'eau, la tension superficielle est presque nulle - il y a de l'eau à l'intérieur et à l'extérieur - et la flottabilité annule la gravité.
Pour démontrer l'effet, les chercheurs ont créé des hydrogels dans des moules en forme de lettres D, N et A. Coulé hors des moules, les gels sont devenus des liquides amorphes, mais dans l'eau, ils se sont transformés en lettres. En tant qu'application possible, l'équipe a créé un interrupteur actionné par l'eau. Ils ont fabriqué un gel cylindrique court infusé de particules métalliques placées dans un tube isolé entre deux contacts électriques. Sous forme liquide, le gel atteint les deux extrémités du tube et forme un circuit. Lorsque l'eau est ajoutée. le gel reprend sa forme plus courte qui n'atteindra pas les deux extrémités. (L'expérience est faite avec de l'eau distillée qui ne conduit pas l'électricité.)
L'ADN utilisé dans ce travail a une séquence aléatoire, et seule une réticulation occasionnelle a été observée, dit Luo. En concevant l'ADN pour qu'il se lie de manière particulière, il espère pouvoir ajuster les propriétés du nouvel hydrogel.
