Du plastique qui se guérit tout seul

Des chercheurs de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign (UIUC) ont fabriqué un matériau polymère qui peut se guérir à plusieurs reprises lorsqu'il se fissure. Il s'agit d'une avancée significative vers les implants médicaux auto-cicatrisants et les matériaux auto-réparateurs destinés à être utilisés dans les avions et les engins spatiaux. Il pourrait également être utilisé pour refroidir des microprocesseurs et des circuits électroniques, et il pourrait ouvrir la voie à des revêtements plastiques qui se régénèrent.

Autoguérisseur : Modelé sur la peau humaine, un nouveau matériau qui se guérit plusieurs fois est composé de deux couches. Le revêtement polymère sur le dessus contient de minuscules morceaux de catalyseur dispersés partout. Le substrat contient un réseau de microcanaux portant un agent cicatrisant liquide. Lorsque le revêtement se fissure, les fissures se propagent vers le bas et atteignent les canaux sous-jacents, qui suintent l'agent cicatrisant. L'agent se mélange au catalyseur et forme un polymère, comblant les fissures.

Le premier matériau auto-cicatrisant a été signalé par les chercheurs de l'UIUC il y a six ans, et d'autres groupes de recherche ont créé différentes versions de ces matériaux depuis lors, y compris des polymères qui se réparent à plusieurs reprises lorsqu'ils sont soumis à la chaleur ou à la pression. Mais c'est la première fois que quelqu'un fabrique un matériau qui peut se réparer plusieurs fois sans aucune intervention extérieure, dit Nancy sottos , professeur de science et d'ingénierie des matériaux à l'UIUC et l'un des chercheurs qui ont dirigé les travaux.

C'est essentiellement comme donner vie à un plastique, dit Chris Bielawski , professeur de chimie à l'Université du Texas à Austin. Le but ultime serait de créer des matériaux qui se réparent d'eux-mêmes, dit-il, et c'est une preuve de concept incroyable.

Sottos et ses collègues ont conçu le nouveau matériel, rapporté dans le Matériaux naturels , pour imiter la peau humaine. Si la couche protectrice externe de la peau est coupée, la couche interne, qui est imprégnée d'un réseau dense de minuscules vaisseaux sanguins, envoie les nutriments vers la coupe pour aider à la guérison. Le matériau auto-cicatrisant est constitué d'une couche de polymère époxy déposée sur un substrat qui contient un réseau tridimensionnel de microcanaux. Le revêtement époxy contient de minuscules particules de catalyseur, tandis que les canaux du substrat sont remplis d'un agent cicatrisant liquide.

Pour tester le matériau, les chercheurs le plient et fissurent le revêtement polymère. La fissure se propage à travers le revêtement et atteint le microcanal sous-jacent. Cela incite l'agent de guérison à traverser les canaux et à pénétrer dans la fissure, dit Sottos. Là, il entre en contact avec le catalyseur et, en 10 heures environ, devient un polymère et comble la fissure. Le système n'a besoin d'aucune pression externe pour pousser l'agent cicatrisant dans la fissure. Au lieu de cela, le liquide se déplace à travers les canaux étroits tout comme l'eau monte dans une paille.

Les chercheurs sont capables de fissurer et de régénérer la surface jusqu'à sept fois avant que le catalyseur ne s'use et cesse de fonctionner. La prochaine génération du matériau d'auto-guérison devrait être capable de se guérir plusieurs fois, selon les chercheurs. Sottos et ses collègues le conçoivent de manière à ce qu'il ait un système en deux parties qui injecte à la fois un agent cicatrisant et un catalyseur dans la fissure.

Les chercheurs pourraient également augmenter la capacité de régénération du matériau en connectant le réseau de microcanaux à un petit réservoir, explique Sottos. Si le matériau manque d'agent cicatrisant ou de catalyseur, le réservoir pourrait pomper davantage.

La conception des microcanaux du matériau pourrait être une solution au problème croissant de l'accumulation de chaleur dans les puces microélectroniques. En règle générale, les puces de circuits microélectroniques reposent sur des substrats conçus pour éloigner la chaleur du circuit. Ces régulateurs de chaleur ont leurs limites. Au lieu de cela, dit Sottos, vous pourriez faire passer un fluide de refroidissement à travers un réseau [microcanal] comme un petit mini-échangeur de chaleur.

Sottos dit que les chercheurs pourraient utiliser la même conception avec d'autres combinaisons de résine et de catalyseur qui peuvent former différents polymères. Cela ouvre la porte à de nombreuses autres applications. Bien que les matériaux auto-cicatrisants pratiques puissent prendre des années, il est facile d'imaginer leurs applications dans les prothèses et les implants médicaux fabriqués à partir de matériaux auto-cicatrisants biocompatibles. Le coût des matériaux pourrait les limiter, au moins initialement, à certaines applications à haute valeur ajoutée et hautes performances telles que l'utilisation dans les engins aériens et spatiaux, explique Ian Bond , professeur d'ingénierie aérospatiale à l'Université de Bristol, au Royaume-Uni.

À l'avenir, différentes chimies pourraient conduire à des matériaux d'auto-guérison moins chers, selon Bielawski. Vous pouvez utiliser des époxydes bon marché … que vous pouvez acheter chez Home Depot … comme agent de guérison, dit-il.

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