Biologische weefsels hebben complexe mechanische eigenschappen – zacht maar sterk, sterk maar toch flexibel – die moeilijk te reproduceren zijn met synthetische materialen. Een internationaal team is erin geslaagd een biocompatibel synthetisch materiaal te produceren dat weefselmechanica repliceert en van kleur verandert wanneer het van vorm verandert. als kameleonhuid. deze resultaten, waarop onderzoekers van CNRS, Université de Haute-Alsace en ESRF, de Europese Synchrotron, hebben bijgedragen met collega's in de VS (University of North Carolina in Chapel Hill, Universiteit van Akron), worden op 30 maart gepubliceerd, 2018 in Wetenschap . Ze beloven nieuwe materialen voor biomedische apparaten.

Om een ​​medisch implantaat te maken, we moeten materialen selecteren met mechanische eigenschappen die vergelijkbaar zijn met die in biologische weefsels, om ontsteking of necrose te verminderen. Een aantal weefsels, waaronder de huid, de darmwand, en hartspier, hebben het kenmerk dat ze zacht en toch verstijvend zijn wanneer ze worden uitgerekt. Tot nu, het was onmogelijk om dit gedrag te reproduceren met synthetische materialen.

De onderzoekers hebben geprobeerd dit te bereiken met een uniek triblokcopolymeer. Ze hebben een fysiek verknoopt elastomeer gesynthetiseerd dat bestaat uit een centraal blok waarop zijketens zijn geënt (zoals een flessenborstel) en met lineaire eindblokken aan elk uiteinde (zie afbeelding). De onderzoekers hebben ontdekt dat door zorgvuldig de structurele parameters van het polymeer te selecteren, het materiaal volgde dezelfde rekcurve als een biologisch weefsel, in dit geval varkenshuid. Het is ook biocompatibel, omdat er geen additieven voor nodig zijn, bijv. oplosmiddel, en blijft stabiel in de aanwezigheid van biologische vloeistoffen.

Een andere eigenschap van het materiaal kwam tijdens de experimenten naar voren:het verandert van kleur bij vervorming. Zoals de wetenschappers hebben aangetoond, dit is een puur natuurkundig fenomeen dat wordt veroorzaakt door lichtverstrooiing van de polymeerstructuur. Atoomkrachtmicroscopie en röntgendiffractie-experimenten hebben aangetoond dat de eindblokken van deze polymeren samenkomen in nanometerbolletjes verdeeld in een borstel-polymeermatrix. Licht interfereert met deze microfase-gescheiden structuur om kleur te produceren op basis van de afstand tussen de bollen; dus wanneer het materiaal wordt uitgerekt, het verandert van kleur. Het is hetzelfde mechanisme dat verklaart hoe kameleons van kleur veranderen.

De onderzoekers zijn er dan ook in geslaagd een uniek synthetisch polymeer te coderen met zowel mechanische eigenschappen (flexibiliteit, rekprofiel) en optische eigenschappen. Dit is nog nooit eerder bereikt. Door de lengte of dichtheid van de verschillende zijketens van de borstel aan te passen, deze eigenschappen kunnen worden gemoduleerd. Deze ontdekking zou kunnen leiden tot medische implantaten of meer gepersonaliseerde prothesen (vasculaire implantaten, intraoculaire implantaten, vervanging van tussenwervelschijven), en ook naar materialen met volledig nieuwe rekprofielen, en toepassingen die nog niet zijn bedacht.