I tessuti biologici hanno proprietà meccaniche complesse:morbide ma resistenti, resistenti ma flessibili, difficili da riprodurre utilizzando materiali sintetici. Un team internazionale è riuscito a produrre un materiale sintetico biocompatibile che replica la meccanica dei tessuti e altera il colore quando cambia forma, come pelle di camaleonte. Questi risultati, a cui ricercatori del CNRS, Université de Haute-Alsace e ESRF, il sincrotrone europeo, hanno contribuito con colleghi negli Stati Uniti (Università della Carolina del Nord a Chapel Hill, Università di Akron), sono pubblicati il ​​30 marzo 2018 in Scienza . Promettono nuovi materiali per dispositivi biomedici.

Per produrre un impianto medico, dobbiamo selezionare materiali con proprietà meccaniche simili a quelle dei tessuti biologici, in modo da mitigare l'infiammazione o la necrosi. Un certo numero di tessuti tra cui la pelle, la parete intestinale, e muscolo cardiaco, hanno la caratteristica di essere morbide ma irrigidirsi quando vengono tese. Fino ad ora, è stato impossibile riprodurre questo comportamento con materiali sintetici.

I ricercatori hanno tentato di raggiungere questo obiettivo con un copolimero a tre blocchi unico. Hanno sintetizzato un elastomero reticolato fisicamente composto da un blocco centrale su cui si innestano catene laterali (come uno scovolino) e con terminali lineari ad ogni estremità (Vedi figura). I ricercatori hanno scoperto che selezionando attentamente i parametri strutturali del polimero, il materiale ha seguito la stessa curva di deformazione di un tessuto biologico, in questo caso pelle di maiale. È anche biocompatibile, poiché non necessita di additivi, per esempio. solvente, e rimane stabile in presenza di fluidi biologici.

Un'altra proprietà del materiale è apparsa durante gli esperimenti:cambia colore in caso di deformazione. Come hanno dimostrato gli scienziati, questo è un fenomeno puramente fisico causato dalla diffusione della luce dalla struttura polimerica. Gli esperimenti di microscopia a forza atomica e di diffrazione dei raggi X hanno mostrato che i blocchi terminali di questi polimeri si assemblano in sfere nanometriche distribuite in una matrice di polimeri a spazzola. La luce interferisce con questa struttura microfasica per produrre colore in base alla distanza tra le sfere; quindi quando il materiale è teso, cambia colore. È lo stesso meccanismo che spiega come i camaleonti cambiano colore.

I ricercatori sono quindi riusciti a codificare in un unico polimero sintetico con entrambe le proprietà meccaniche (flessibilità, profilo di deformazione) e proprietà ottiche. Questo non è mai stato raggiunto in precedenza. Regolando la lunghezza o la densità delle varie catene laterali della spazzola, queste proprietà possono essere modulate. Questa scoperta potrebbe portare a impianti medici o protesi più personalizzate (impianti vascolari, impianti intraoculari, sostituzione dei dischi intervertebrali), e anche a materiali con profili di deformazione completamente nuovi, e applicazioni che non sono ancora state immaginate.