Ce n’était pas un mince défi pour une équipe de scientifiques de l’Université Johannes Kepler de Linz:
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Pourraient-ils rendre la superglue encore plus super?
Les chercheurs étaient aux prises avec un problème particulièrement épineux: lorsqu'il s'agissait de lier des matériaux à des hydrogels - des objets mous et visqueux composés de polymères en suspension dans l'eau - aucun adhésif n'était très efficace. Si l'hydrogel était étiré, le lien devenait fragile et se séparait. (Imaginez que vous essayez de coller deux cubes Jell-O ensemble.) C'était un dilemme dans les domaines en plein essor de l'électronique «douce» et de la robotique qui reposent sur des hydrogels.
Bien qu’ils soient utilisés depuis de nombreuses années pour soigner les blessures ou les lentilles de contact souples, les hydrogels sont récemment devenus un élément clé de nombreux produits innovants, allant des «Band-Aids» électroniques pouvant délivrer des médicaments, aux composants électroniques extensibles aux de minuscules robots ressemblant à de la gelée pouvant être implantés dans le corps d'une personne.
Les scientifiques peuvent attacher des hydrogels à d'autres objets avec un traitement à la lumière ultraviolette, mais le processus peut durer jusqu'à une heure. Ce n'est tout simplement pas très efficace, déclare Martin Kaltenbrunner, l'un des chercheurs autrichiens.
«Réduire le fossé entre les matériaux tendres et les matériaux durs est un défi de taille pour tous les acteurs du secteur», a-t-il déclaré. «Nous recherchions vraiment un prototypage rapide, une méthode pratique permettant de lier des hydrogels à divers matériaux, rapide et universelle. Ce qui existait était un peu trop pratique à mettre en œuvre dans nos laboratoires et à utiliser au quotidien. "
L'équipe a beaucoup réfléchi à ce qui pourrait fonctionner. Quelqu'un a suggéré superglue. Pourquoi pas, puisque les hydrogels sont principalement de l’eau et que la superglue lie les choses parce que l’eau déclenche la réaction.
Mais ce n'était pas si facile. Lorsque Kaltenbrunner et les autres chercheurs ont essayé d'utiliser de la colle super-standard, cela n'a pas très bien fonctionné. Une fois que cela a séché et que l'hydrogel a été étiré, la liaison a de nouveau craqué et a échoué.
Ensuite, quelqu'un a eu l'idée d'ajouter un non-solvant, qui ne se dissoudrait pas dans la colle et l'empêcherait de durcir. Cela pourrait aider l'adhésif à se disperser dans l'hydrogel.
Et c'est ce qui s'est avéré être la réponse.
Le mélange des cyanoacrylates - les produits chimiques de la colle - avec un non-solvant empêche la colle de se dissoudre et, lorsque les matériaux sont pressés ensemble, la colle se diffuse dans les couches extérieures de l'hydrogel. Kaltenbrunner explique: «L’eau déclenche la polymérisation des cyanoacrylates et s’enchevêtre avec les chaînes polymères du gel, ce qui crée une liaison très dure." En d’autres termes, la colle a pu couler sous la surface de l'hydrogel et se connecter avec ses molécules, formant un attachement fort en quelques secondes.
Il était clair que les chercheurs étaient sur le qui-vive quand ils ont assemblé une pièce d'hydrogel à un matériau élastique appelé caoutchouc, appelé élastomère. «La première chose que nous avons reconnue, a déclaré Kaltenbrunner, est que le lien était toujours transparent et extensible. Nous avions vraiment essayé beaucoup d'autres méthodes auparavant, mais il s'avère que parfois la plus simple est la meilleure. ”
Voici leur vidéo explicative sur le collage d'hydrogel:
Les scientifiques ont testé leur nouvel adhésif en créant une bande de «peau électronique», une bande d'hydrogel sur laquelle ils ont collé une batterie, un processeur et des capteurs de température. Il pourrait fournir des données à un smartphone via une connexion sans fil.
Ils ont également produit un prototype de vertèbre artificielle avec laquelle l'hydrogel était utilisé pour réparer les disques en détérioration dans la colonne vertébrale. Grâce à la colle, les vertèbres pourraient être assemblées beaucoup plus rapidement que la normale, selon un rapport de recherche publié récemment dans Science Advances.
Kaltenbrunner a déclaré qu'il voyait beaucoup de potentiel pour l'adhésif dans le cadre de la «révolution de la robotique douce». Il pourrait, par exemple, être incorporé dans les mises à niveau de «octobre», le premier robot entièrement doux et autonome dévoilé par les scientifiques de Harvard l'année dernière. De la taille de votre main, l’octobre n’a pas de composants électroniques durs, ni de piles ni de puces informatiques. Au lieu de cela, le peroxyde d'hydrogène interagit avec des taches de platine à l'intérieur du robot, ce qui produit un gaz qui gonfle et plie les tentacules d'octobre, le propulsant dans l'eau.
Pour le moment, ce mouvement est en grande partie incontrôlé, mais les scientifiques espèrent pouvoir ajouter des capteurs lui permettant de manœuvrer vers ou à l’écart d’un objet. C'est là que le nouvel adhésif pourrait être utile.
Mais l’avenir du nouveau type de colle est en train de prendre forme. Kaltenbrunner estime qu'il pourrait s'écouler encore trois à cinq ans avant que le produit ne soit disponible sur le marché. Pourtant, il se sent plutôt optimiste.
«Comme notre méthode est facile à reproduire», a-t-il déclaré, «nous espérons que d'autres se joindront à nous pour trouver encore plus d'applications.»
