Les chercheurs ont développé une technique par laquelle ils peuvent encapsuler spontanément des gouttelettes microscopiques d'émulsion d'eau et d'huile dans une minuscule sphère faite de cristaux de sel, un peu comme un minuscule ballon de football en origami auto-construit rempli de liquide. Le processus, qu'ils appellent «l'origami capillaire cristallin», pourrait être utilisé dans une gamme de domaines allant de l'administration plus précise de médicaments aux dispositifs médicaux à l'échelle nanométrique. La technique est décrite dans un article paru dans la revue Nanoscale le 21 septembre.

L'action capillaire, ou «capillarité», sera familière à la plupart des gens comme la façon dont l'eau ou d'autres liquides peuvent remonter des tubes étroits ou d'autres matériaux poreux apparemment au mépris de la gravité (par exemple dans les systèmes vasculaires des plantes, ou même plus simplement , l'élaboration de peinture entre les poils d'un pinceau). Cet effet est dû aux forces de cohésion (la tendance des molécules d'un liquide à s'agglutiner), qui se traduit par une tension superficielle, et à l'adhérence (leur tendance à adhérer à la surface d'autres substances). La force de la capillarité dépend de la chimie du liquide, de la chimie du matériau poreux et des autres forces agissant sur les deux. Par exemple, un liquide avec une tension superficielle inférieure à celle de l'eau ne serait pas capable de retenir un insecte marcheur d'eau.

Moins bien connu est un phénomène connexe, l'élasto-capillarité, qui tire parti de la relation entre la capillarité et l'élasticité d'une très petite feuille plate d'un matériau solide. Dans certaines circonstances, les forces capillaires peuvent vaincre la résistance élastique à la flexion de la feuille.

Cette relation peut être exploitée pour créer des «origamis capillaires», ou des structures tridimensionnelles. Lorsqu'une goutte de liquide est déposée sur la feuille plane, celle-ci peut spontanément encapsuler la première du fait de la tension superficielle. L'origami capillaire peut prendre d'autres formes, notamment le froissement, le flambage ou l'auto-pliage dans d'autres formes. La forme géométrique spécifique que la structure de l'origami capillaire 3D finit par prendre est déterminée à la fois par la chimie de la feuille plate et celle du liquide, et en concevant soigneusement la forme et la taille de la feuille.

Il y a cependant un gros problème avec ces petits appareils. "Ces structures d'origami auto-assemblées conventionnelles ne peuvent pas être complètement sphériques et auront toujours des limites discontinues, ou ce que vous pourriez appeler des" bords ", en raison de la forme bidimensionnelle originale de la feuille", a déclaré Kwangseok Park, chercheur principal. sur le projet. Il a ajouté:"Ces bords pourraient s'avérer être de futurs défauts avec un potentiel d'échec face à un stress accru." Les particules non sphériques sont également connues pour être plus désavantageuses que les particules sphériques en termes d'absorption cellulaire.

Le professeur Hyoungsoo Kim du Département de génie mécanique a expliqué :"C'est pourquoi les chercheurs sont depuis longtemps à la recherche de substances capables de produire une structure capillaire entièrement sphérique en origami."

Les auteurs de l'étude ont démontré une telle sphère d'origami pour la première fois. Ils ont montré comment, au lieu d'une feuille plate, la croissance de cristaux de sel peut effectuer une action d'origami capillaire de la même manière. Ce qu'ils appellent "l'origami capillaire cristallin" construit spontanément une capsule de coquille sphérique lisse à partir de ces mêmes effets de tension superficielle, mais maintenant l'encapsulation spontanée d'un liquide est déterminée par les conditions élasto-capillaires des cristaux en croissance.

Ici, le terme «sel» fait référence à un composé d'un ion chargé positivement et d'un autre chargé négativement. Le sel de table, ou chlorure de sodium, n'est qu'un exemple de sel. Les chercheurs ont utilisé quatre autres sels :le propionate de calcium, le salicylate de sodium, le nitrate de calcium tétrahydraté et le bicarbonate de sodium pour envelopper une émulsion eau-huile. Normalement, un sel tel que le chlorure de sodium a une structure cristalline cubique, mais ces quatre sels forment à la place des structures en forme de plaque sous forme de cristallites ou de « grains » (la forme microscopique qui se forme lorsqu'un cristal commence à se développer). Ces plaques s'auto-assemblent ensuite en sphères parfaites.

En utilisant la microscopie électronique à balayage et l'analyse par diffraction des rayons X, ils ont étudié le mécanisme d'une telle formation et ont conclu que c'était la «pression de Laplace» qui poussait les plaques de cristallite à recouvrir la surface de l'émulsion. La pression de Laplace décrit la différence de pression entre l'intérieur et l'extérieur d'une surface courbe causée par la tension superficielle à l'interface entre les deux substances, dans ce cas entre l'eau salée et l'huile.

Les chercheurs espèrent que ces nanostructures auto-assemblées pourront être utilisées pour des applications d'encapsulation dans divers secteurs, de l'industrie alimentaire et cosmétique à l'administration de médicaments et même de minuscules dispositifs médicaux. + Explorer plus loin

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