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Des polymères qui miment la peau des caméléons

Une équipe internationale réunissant des chercheurs du CNRS (France), de l’Université de Haute-Alsace (France), de l’European Synchrotron Radiation Facility (ESRF), ainsi que de l’University of North Carolina et de l’University of Akron, ont réussi à produire un matériau synthétique biocompatible qui se comporte comme les tissus biologiques et change de couleur en se déformant, comme la peau des caméléons.

Pour produire un implant médical, il est nécessaire de choisir un matériau aux propriétés mécaniques similaires à celles des tissus biologiques, au risque de provoquer inflammation ou nécrose. Or nombre de tissus, dont la peau, la paroi intestinale ou le muscle cardiaque, ont la particularité d’être souples tout en durcissant quand on les étire. Jusqu’à présent, il était impossible de reproduire ce comportement avec des matériaux synthétiques.

Les chercheurs ont réussi à le faire en synthétisant un élastomère particulier. En choisissant bien les paramètres structuraux du polymère,  les  chercheurs ont trouvé un matériau suivait la même courbe de déformation qu’un tissu biologique, en l’occurrence la peau de porc. Par ailleurs, ce matériau est biocompatible puisqu’il ne nécessite pas d’additifs et reste stable tant en présence de fluides biologiques qu’à l’air libre.

Une autre propriété du matériau est apparue lors des expériences : sa couleur change en fonction de son état de déformation. Comme l’ont montré les scientifiques, c’est un phénomène purement physique, qui naît de l’interaction de la lumière avec la structure du matériau. Des observations en microscopie à force atomique et des expériences de diffusion de rayons X ont montré que les blocs terminaux de ces polymères se rassemblent en sphères nanométriques, réparties dans une matrice formée par les structures en goupillon. La lumière interfère avec cette architecture, qui diffuse une couleur donnée selon la distance entre les sphères ; un étirement du matériau se traduit donc par un changement de couleur. C’est le même mécanisme qui explique – en grande partie – comment les caméléons changent de couleur. 

Les chercheurs ont donc réussi à encoder dans un unique polymère synthétique à la fois des propriétés mécaniques (souplesse, profil de déformation) et des propriétés optiques, ce qui n’avait encore jamais été réalisé. Cette découverte pourrait déboucher sur la réalisation d’implants médicaux ou de prothèses plus personnalisés (implants vasculaires, implants intraoculaires, remplacement de disques intervertébraux), mais aussi sur des matériaux aux profils de déformation complètement inédits, aux applications encore insoupçonnées. 
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