Polymerer, der efterligner kamæleons hud

Biologiske væv har komplekse mekaniske egenskaber-bløde, men alligevel stærke, sej og alligevel fleksibel – som er svære at reproducere med syntetiske materialer. Et internationalt team har formået at producere et biokompatibelt syntetisk materiale, der replikerer vævsmekanik og ændrer farve, når det ændrer form, som kamæleonhud. Disse resultater, hvortil forskere fra CNRS, Université de Haute-Alsace og ESRF, den europæiske synkrotron, har bidraget med kolleger i USA (University of North Carolina at Chapel Hill, University of Akron), offentliggøres den 30. marts 2018 i Videnskab . De lover nye materialer til biomedicinsk udstyr.

For at fremstille et medicinsk implantat, vi skal vælge materialer med lignende mekaniske egenskaber som dem i biologiske væv, for at dæmpe betændelse eller nekrose. En række væv, herunder huden, tarmvæggen, og hjertemuskler, har karakteristikken af ​​at være bløde, men alligevel stivende, når de er strakte. Indtil nu, det har været umuligt at gengive denne adfærd med syntetiske materialer.

Forskerne har forsøgt at opnå dette med en unik triblok-copolymer. De har syntetiseret en fysisk tværbundet elastomer sammensat af en central blok, på hvilken sidekæder er podet (som en flaskebørste) og med lineære terminalblokke i hver ende (se figur). Forskerne har fundet ud af, at ved omhyggeligt at vælge polymerens strukturelle parametre, materialet fulgte den samme belastningskurve som et biologisk væv, i dette tilfælde svineskind. Det er også biokompatibelt, da det ikke kræver tilsætningsstoffer, f.eks. opløsningsmiddel, og forbliver stabil i nærvær af biologiske væsker.

En anden egenskab ved materialet dukkede op under eksperimenterne - det ændrer farve ved deformation. Som forskerne har vist, dette er et rent fysisk fænomen forårsaget af lysspredning fra polymerstrukturen. Atomkraftmikroskopi og røntgendiffraktionsforsøg har vist, at terminalblokkene i disse polymerer samles i nanometersfærer fordelt i en pensel-polymermatrix. Lys forstyrrer denne mikrofase-adskilte struktur for at producere farve i henhold til afstanden mellem kuglerne; så når materialet er strakt, det skifter farve. Det er den samme mekanisme, der forklarer, hvordan kamæleoner ændrer farve.

Det er derfor lykkedes forskerne at indkode en unik syntetisk polymer med både mekaniske egenskaber (fleksibilitet, belastningsprofil) og optiske egenskaber. Dette er aldrig tidligere opnået. Ved at justere længden eller tætheden af ​​børstens forskellige sidekæder, disse egenskaber kan moduleres. Denne opdagelse kan føre til medicinske implantater eller mere personlige proteser (vaskulære implantater, intraokulære implantater, udskiftning af intervertebrale diske), og også til materialer med helt nye belastningsprofiler, og applikationer, der endnu ikke er blevet forestillet.