Biologiska vävnader har komplexa mekaniska egenskaper-mjuka men ändå starka, tuff men ändå flexibel – som är svåra att reproducera med syntetiska material. Ett internationellt team har lyckats producera ett biokompatibelt syntetiskt material som replikerar vävnadsmekanik och ändrar färg när det ändrar form, som kameleonthud. Dessa resultat, till vilka forskare från CNRS, Université de Haute-Alsace och ESRF, den europeiska synkrotronen, har bidragit med kollegor i USA (University of North Carolina at Chapel Hill, University of Akron), publiceras den 30 mars, 2018 i Vetenskap . De lovar nya material för biomedicinska enheter.

För att producera ett medicinskt implantat, vi måste välja material med liknande mekaniska egenskaper som de i biologiska vävnader, för att lindra inflammation eller nekros. Ett antal vävnader inklusive huden, tarmväggen, och hjärtmuskeln, har egenskapen att vara mjuka men ändå stelna när de sträcks ut. Tills nu, det har varit omöjligt att reproducera detta beteende med syntetiska material.

Forskarna har försökt uppnå detta med en unik triblocksampolymer. De har syntetiserat en fysiskt tvärbunden elastomer som består av ett centralt block på vilket sidokedjor är ympade (som en flaskborste) och med linjära terminalblock i varje ände (se figur). Forskarna har funnit att genom att noggrant välja polymerens strukturparametrar, materialet följde samma töjningskurva som en biologisk vävnad, i det här fallet grisskinn. Det är också biokompatibelt, eftersom det inte kräver tillsatser, t.ex. lösningsmedel, och förblir stabil i närvaro av biologiska vätskor.

En annan egenskap hos materialet dök upp under experimenten - det ändrar färg vid deformation. Som forskarna har visat, detta är ett rent fysiskt fenomen som orsakas av ljusspridning från polymerstrukturen. Atomkraftsmikroskopi och röntgendiffraktionsexperiment har visat att terminalerna i dessa polymerer samlas i nanometersfärer fördelade i en borste-polymermatris. Ljus stör denna mikrofasseparerade struktur för att producera färg enligt avståndet mellan sfärerna; så när materialet sträcks, den ändrar färg. Det är samma mekanism som förklarar hur kameleonter ändrar färg.

Forskarna har därför lyckats koda in en unik syntetisk polymer med både mekaniska egenskaper (flexibilitet, töjningsprofil) och optiska egenskaper. Detta har aldrig tidigare uppnåtts. Genom att justera längden eller densiteten på borstens olika sidokedjor, dessa egenskaper kan moduleras. Denna upptäckt kan leda till medicinska implantat eller mer personliga proteser (kärlimplantat, intraokulära implantat, utbyte av intervertebrala skivor), och även till material med helt nya töjningsprofiler, och applikationer som ännu inte har föreställts.