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Colle à gels

Une « colle » pour tissus biologiques simplement composée d’eau et de nanoparticules. Telle est l’invention mise au point par deux laboratoires français, sous l’égide du lauréat de la médaille d’innovation 2013 du CNRS. Les applications en chirurgie sont prometteuses.

C’est une invention réalisée sans grands moyens ni procédé spectaculaire, la simple application « d’une idée complètement inédite, une révolution par rapport à ce qu’on pensait jusqu’à ce jour sur l’adhésion », explique le physico-chimiste Ludwik Leibler, et lauréat de la médaille de l'innovation 2013 du CNRS. Ce procédé pour coller deux gels est une simple solution de nanoparticules « biocompatible ». Il est le fruit d’une collaboration entre deux laboratoires du CNRS/ESPCI ParisTech : Matière molle et chimie (MMC) et Physico-chimie des polymères et milieux dispersés conduite par Ludwik Leibler. Une recherche publique française à 100 % et qui a fait l’objet d’un article paru dans Nature le 11 décembre 2013.

Ballons et réseaux de joueurs...

Une adhésion qui résiste à l'eau Les deux morceaux de gel, collés grâce à la solution aqueuse de nanoparticules de silice, sont immergés dans l'eau. L'adhésion résiste à cette immersion. © CNRS Photothèque/ESPCI/MMC/Alba Marcellan

Coller deux gels ensemble, ce n’est pas simple. Mais Ludwik Leibler a le sens des images et le goût de la pédagogie. Pour expliquer en quoi consiste ce procédé adhésif, il raconte : « Vous attrapez un ballon, j’attrape le même ballon et nous restons ainsi "collés". Vous appartenez à un groupe de joueurs qui se tiennent par la main, moi aussi, et à l’interface de nos deux groupes se trouvent les ballons ».

L’objectif est de coller ensemble des gels, c’est-à-dire des fluides (à 90 % environ) comportant de longues chaînes de molécules appelées « polymères ». Dans l’image proposée par Ludwig Leibler, les joueurs représentent les réseaux de polymères et l’air tout autour, l’eau. Le nouvel adhésif est une simple couche de particules nanométriques plongées dans l’eau. Les « ballons » sont donc les particules de la solution adhésive.

Quant aux gels, ils sont très présents dans notre vie quotidienne : gélatine des desserts, gelée de groseilles, lentilles de contact, partie absorbante des couches-culottes…

… aux performances remarquables

Une jonction qui résiste à la déformation Machine d'essai mécanique dans laquelle sont positionnées deux lanières de gel, collées par la solution aqueuse de nanoparticules de silice. Cet essai démontre que la jonction collée peut être plus résistante que le gel lui-même. © CNRS Photothèque/Cyril Fresillon

Pour coller les deux couches de gel, rien de plus simple : il suffit de déposer à l’aide d’un pinceau ou d’une pipette quelques gouttes de la suspension de nanoparticules sur un bord du gel, puis de recouvrir de l’autre gel et d’attendre 30 secondes. Pourrait-on se coller les mains irrémédiablement ? Certainement pas, car la force du lien ainsi créé est « inférieure d’une dizaine de fois, peut-être une centaine de fois, au Scotch®, elle peut se comparer au Post-it® repositionnable », explique Ludwik Leibler.

Toutefois, elle résiste mieux à la déformation que le gel lui-même. Une qualité due à la « dissipation mécanique », c’est-à-dire aux réarrangements mécaniques à l’interface – sans réaction chimique, donc. Le fragment d’une chaîne de polymères qui se désengage de l’interaction avec une nanoparticule est immédiatement remplacé par une autre chaîne ou un autre fragment de la même chaîne. Dans l’image des joueurs, ce mécanisme équivaudrait à ce qu’un joueur passe son ballon à un autre joueur de son équipe, alors qu’un joueur de l’équipe d’en face continue de le tenir. Ce phénomène assure l’extensibilité de la jonction, et donc sa solidité.

La jonction ainsi créée résiste à l’immersion dans l’eau, y compris durant plusieurs jours, car elle gonfle avec le gel (qui se gorge d’eau). Enfin, cette adhésion est repositionnable et autoréparable : deux morceaux décollés peuvent être recollés et repositionnés sans ajout de nanoparticules.

Une idée inédite

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