Des chercheurs de TU Wien ont développé une nouvelle méthode adaptée aux essais de traction mécanique des micro et nanofibres. La particularité :les échantillons peuvent être couplés et découplés de manière réversible au capteur de force.

Tester expérimentalement la rigidité ou la résistance à la traction des fibres dans la gamme nano à micro prend souvent beaucoup de temps. Dans la plupart des cas, les échantillons doivent être fixés à l'aide d'un adhésif aux deux extrémités. Le durcissement de l'adhésif prend du temps et le capteur auquel la fibre est collée ne peut pas être réutilisé.

Des chercheurs de TU Wien, Mathis Nalbach, Philipp Thurner et Georg Schitter, ont développé un système de test qui surmonte ces obstacles. Le principe de fonctionnement est le suivant :Une microsphère magnétique fixée à la nanofibre peut être prélevée avec une pince magnétique. Ceci permet à la sphère d'être insérée dans la fourche attachée à un capteur de force et ainsi couplée au capteur. Étant donné que la sphère magnétique peut également être retirée de la fourche à l'aide de la pince magnétique, une autre nanofibre peut être récupérée immédiatement. Cela augmente considérablement le débit d'échantillons. Les chercheurs ont récemment présenté le testeur de traction NanoTens dans la revue Review of Scientific Instruments .

Adapté aux conditions réelles

Alors que le microscope à force atomique peut être utilisé pour examiner les propriétés mécaniques d'une fibre au moyen d'un test de nano-pénétration, le NanoTens permet de tester les matériaux pour les fibres sous la charge de traction la plus pertinente. Philipp Thurner du département de recherche Biomécanique explique le principe de fonctionnement comme suit :"Vous pouvez imaginer l'appareil comme un chariot élévateur microscopique. La bille magnétique, qui est collée à la fibre, est insérée dans la fourche. En déplaçant la fourche vers le haut ou vers le bas, la fibre peut maintenant être testée sous charge de traction. Ce type de charge est particulièrement pertinent pour les fibres biologiques telles que les fibrilles de collagène. Physiologiquement, celles-ci sont principalement chargées sous tension, et donc leurs propriétés mécaniques sont particulièrement pertinentes sous précisément cette charge."

Les biomécaniciens Nalbach et Thurner examinent principalement les fibres naturelles telles que le collagène. Comme leurs propriétés mécaniques dépendent fortement des conditions extérieures, il est important de les prendre également en compte dans les essais de traction. "Nous y parvenons car les tests de traction peuvent être effectués dans différents milieux avec le NanoTens. Une fibre de collagène sèche, par exemple, est beaucoup plus cassante et rigide qu'une fibre humide ou complètement hydratée. Son diamètre diminue également considérablement lorsqu'elle est séchée. », déclare Mathis Nalbach, premier auteur de l'étude.

Augmentation de la qualité et de la quantité

Avec leur méthode, les chercheurs réussissent non seulement à simuler des conditions physiologiques, mais les résultats générés avec NanoTens gagnent également en validité. En effet, un grand nombre de mesures sont nécessaires pour obtenir des résultats significatifs sur des matériaux biologiques tels que les fibrilles de collagène. "Les méthodes conventionnelles nous permettent d'examiner seulement un ou deux échantillons par semaine. Cela rend pratiquement impossible la réalisation d'études statistiquement significatives", décrit Nalbach. Philipp Thurner ajoute :« La nouvelle méthode permet de connecter et de déconnecter rapidement les fibres. En conséquence, et parce que le capteur est réutilisé, nous pouvons non seulement augmenter le nombre d'essais de traction jusqu'à 50 mesures par semaine, mais aussi le précision de la mesure."

Les essais de traction peuvent, selon le choix, être effectués sur une large plage de force et manipulés via un système de contrôle. Ceci est important car les méthodes d'essai de traction supposent normalement que le matériau a des propriétés élastiques linéaires. Cependant, ce n'est pas le cas des tissus biologiques, tels que les fibrilles de collagène :ils sont viscoélastiques. Les essais de traction à force contrôlée permettent d'étudier cette viscoélasticité.

De l'invention au produit

NanoTens a déjà été breveté internationalement par la TU Wien. "La prochaine étape serait de s'associer avec des partenaires industriels. Nous espérons trouver un licencié avec l'aide de l'aide à la recherche et au transfert. Nous sommes intéressés par une coopération avec l'industrie sur ce sujet", précise Mathis Nalbach. NanoTens est conçu de telle manière qu'il peut généralement être intégré dans n'importe quel appareil de mesure d'indentation ou microscope à force atomique. Outre la science des matériaux, les essais de traction sont également utilisés, entre autres, dans les sciences de la vie, la technologie des semi-conducteurs et l'électronique. + Explorer plus loin

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