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De la colle qui colle à presque tout
Les écrans flexibles, les filtres de purification d'eau et les matériaux qui convertissent directement la chaleur en électricité pourraient être plus faciles à fabriquer grâce à un nouveau polymère qui permet aux chercheurs de revêtir presque n'importe quel objet, même en Téflon, de motifs microscopiques de métaux et de matériaux organiques.
Inspiration collante: La chimie des brins de protéines que les moules utilisent pour se fixer à presque n'importe quel type de matériau (la moule ici est attachée au téflon) a aidé les chercheurs à développer un nouvel adhésif polyvalent.
Des chercheurs de la Northwestern University ont conçu le polymère pour imiter une colle à base de protéines que les moules utilisent pour se fixer aux roches, au bois, au plastique et à l'acier, en fait à peu près n'importe quel matériau qu'elles rencontrent. Les chercheurs, dirigés par Philippe Messersmith , professeur de génie biomédical et de science et ingénierie des matériaux à Northwestern, a identifié un composé facile à fabriquer similaire aux éléments actifs de cette colle de moules. Ils ont découvert que dans les bonnes conditions, le composé forme un film polymère extrêmement fin à la surface de presque tous les matériaux sur lesquels il est appliqué. Ce film peut à son tour se lier chimiquement à une grande variété de matériaux qui ont des fonctions utiles. De nombreuses autres méthodes de fonctionnalisation des matériaux ont été développées, mais selon Marcus Textor , professeur de matériaux à l'Ecole polytechnique fédérale de Suisse, celui-ci se distingue par sa simplicité et sa polyvalence. Ce que je trouve fascinant, c'est qu'il s'agit d'un système relativement simple, dit Textor. Souvent, il faut trouver une solution particulière pour un substrat particulier. Mais il s'agit d'un adhésif universel qui fonctionne sur de nombreuses surfaces différentes.
Le nouvel adhésif permettra à presque tous les objets d'être facilement et à peu de frais recouverts d'un placage de métal ou d'un autre matériau fonctionnel, y compris des matériaux qui gardent les objets exempts de bactéries ou encouragent la croissance de types spécifiques de cellules. Les revêtements seraient suffisamment minces pour ne pas modifier la forme de l'objet sous-jacent ; un instrument chirurgical, selon Messersmith, pourrait recevoir un revêtement antibactérien sans compromettre ses performances. Une application que les chercheurs de Northwestern ont explorée est celle des filtres à eau qui utilisent de minuscules pastilles enduites d'adhésif. Lorsque l'eau s'écoule dans un cylindre rempli de pastilles, l'adhésif retire les métaux toxiques de l'eau en se liant à eux.
Les chercheurs ont également démontré que l'adhésif peut être sculpté en motifs complexes par microlithographie conventionnelle. Si une solution contenant des sels métalliques se lave sur un tel motif, le métal ne collera qu'à l'adhésif. Cela pourrait être un moyen d'imprimer des circuits électroniques sur à peu près n'importe quel objet. Déposés sur un substrat souple, de tels circuits pourraient être utiles pour des affichages souples. La capacité de créer des motifs microscopiques de matières organiques pourrait également être utile aux biologistes. Les chercheurs de Northwestern ont démontré qu'il est possible de créer des revêtements qui se lient à un type spécifique d'acide important pour la croissance des vaisseaux sanguins et la différenciation des cellules souches. La capacité de déposer des modèles précis de ce matériau et d'autres matériaux organiques pourrait faciliter la construction de dispositifs microfluidiques qui aident à expliquer les mécanismes biologiques.
Multimédia
Regardez l'eau s'accrocher à une surface enduite du nouvel adhésif.
Voyez comment le nouvel adhésif crée un matériau hydrofuge.
Pour développer le nouvel adhésif, les chercheurs ont étudié les composants chimiques d'une protéine dans la colle de moule, identifiant des groupes chimiques fonctionnels importants. Dans des travaux antérieurs, ils avaient fabriqué une colle basée sur l'un de ces groupes. (Voir Nanoglue Sticks Underwater.) Mais la colle résultante ne fonctionnait qu'avec des matériaux inorganiques et était difficile à fabriquer. Le nouvel adhésif contient deux groupes chimiques trouvés dans la colle de moules, plutôt qu'un seul. La combinaison permet à l'adhésif de se lier aux matériaux organiques et inorganiques. De plus, le nouvel adhésif est facilement disponible. Les chercheurs ont noté que les deux groupes chimiques, les amines et les catéchols, se trouvent dans la dopamine, un composé mieux connu sous le nom de neurotransmetteur. Au bon niveau de pH, la dopamine s'auto-assemble en chaînes polymères pour produire des films minces de l'adhésif. Il est également vendu dans le commerce et il est peu coûteux.
L'adhésif, qui est décrit dans le numéro actuel de La science , suscite déjà l'intérêt d'autres chercheurs. Par example, Nicolas Kotov , professeur de génie chimique à l'Université du Michigan, a l'intention de l'utiliser pour fabriquer des matériaux thermoélectriques, des matériaux qui convertissent directement la chaleur en électricité. De tels matériaux doivent bien conduire l'électricité mais chauffer mal. Kotov dit qu'il peut être possible d'utiliser l'adhésif pour lier ensemble des matériaux électriquement conducteurs tels que des nanotubes de carbone. L'adhésif lui-même pourrait servir de couche thermiquement isolante, dit-il.
Un autre chercheur, Herbert Waite , professeur de biologie moléculaire, cellulaire et développementale à l'Université de Californie à Santa Barbara, qualifie le travail de Messersmith de très intéressant. Mais il note certaines limites qui pourraient être dépassées par une étude plus approfondie de la moule qui a servi d'inspiration à l'adhésif. L'adhésif Messersmith ne peut être appliqué que dans des conditions dans lesquelles les concentrations de dopamine et de pH sont strictement maintenues. Idéalement, dit Waite, ce serait bien d'avoir une colle qui, comme celle des moules, peut être appliquée sur n'importe quel substrat, même dans l'eau, sans contrôle externe des paramètres environnementaux.