Un élastomère auto-réparateur pour des muscles artificiels ?

La communauté scientifique internationale a étudié différentes pistes de fabrication de muscle artificiel en proposant des solutions inventives. En 2014, l’University of Texas, en collaboration avec des partenaires coréens, canadiens, australiens, turques et chinois, a mis au point un « muscle artificiel » à partir de fil de pêche, travaux publiés dans le magazine Science. L’année suivante toujours dans Science, une autre équipe de l’université américaine publiait des résultats sur l’utilisation de nanotubes de carbone en tant que fibres conductrices pour créer des muscles artificiels. En 2015, dans la revue Applied Physics Letters, des chercheurs taiwanais présentaient un muscle artificiel fabriqué à partir de peau d’oignon recouverte de film d’or. Toute la complexité du problème réside dans la combinaison des propriétés requises : le matériau doit pouvoir se détendre et se contracter sous l’effet d’un faible courant électrique, s’auto-réparer en cas de blessure, être stable à température ambiante et non soluble dans l’eau.

Dans un article publié dans la revue Nature Chemistry, des équipes de recherche de la Nanjing University, Stanford University, UC Riverside, Harvard University et University of Colorado introduisent un film polymère hautement élastique et capable d’auto-guérison. L’élastomère peut être étiré jusqu’à 100 fois et revenir à ses dimensions initiales. Pour cela, ils ont créé des ligands 2,6-pyridinedicarboxamides (pdca) présentant une affinité avec l’ion fer(III) (ou Fe3+). Ces ligands et l’ion fer(III) sont liés via six sites de coordination pour former deux liaisons fortes (d’intensité équivalente à celle des liaisons covalentes), deux liaisons d’intensité moyenne et deux liaisons faibles. Le pdca est également lié à un polymère réticulé appelé poly(dimethylsiloxane) ou PDMS, qui constitue le « squelette » du complexe. Les brins de PDMS sont également liés entre eux par des ions fer(III). En cas de lésion du matériau, les liaisons d’intensité moyennes et faibles cassent. Les ions fer(III) étant toujours maintenus en place par les liaisons fortes, les liaisons brisées peuvent se reformer rapidement. Le complexe polymérique Fe-Hpdca-PDMS peut ainsi se guérir en cas de coupure ou de perforation après 48 à 72 heures de repos, à une température allant jusqu’à -20°C et sans ajout d’additifs qui favoriseraient la polymérisation. Les chercheurs ont ensuite soumis le matériau guéri à une différence de potentiel assez élevée pour induire une déformation, pour détecter les éventuels défauts de rupture. Le matériau n’a présenté aucune rupture diélectrique, même à l’emplacement de la perforation. Au vu de ses propriétés physico-chimiques, ce matériau serait un candidat prometteur pour la fabrication de fibre musculaire artificielle. Deux pistes d’amélioration sont maintenant étudiées par les chercheurs : le changement du ratio entre la quantité de ligand et la quantité d’ion métallique et l’ajout de groupes fonctionnels au ligand.

En savoir plus

http://www.nature.com/nchem/journal/vaop/ncurrent/full/nchem.2492.html
http://news.nju.edu.cn/show_article_1_41774

Sources

http://www.kurzweilai.net/super-stretchy-self-healing-material-could-lead-to-artificial-muscle
http://phys.org/news/2016-05-elastomer-artificial-muscle.html

Rédacteur

Yvonne TRAN : yvonne.tran[a]diplomatie.gouv.fr