Surfaces biomimétique actives en élastomères cristaux liquides: preparation et étude des propriétés – CURIE-TSINGHUA

Le projet a comme objectif le développement de surfaces biomimétiques actives en élastomère cristal liquide. L’approche utilisée fait appel à la technique de “soft lithography”.
Les surfaces préparées devraient présenter un changement important mais réversible de leur rugosité sous l’action de stimuli externes. Ce changement de rugosité devrait avoir des conséquences très importantes au niveau de certaines propriétés physiques et physico-chimiques de ces surfaces: adhésion, mouillage, réflectivité,…
Quelques études récentes ont montré qu’il était possible d’obtenir des surfaces stimulables dont on pouvait changer par exemple les propriétés de mouillage par action d’un signal externe. Ce changement est la conséquence le plus souvent d’une modification des propriétés physico-chimiques de la surface. Très peu d’exemples exploitent un changement réversible de la micro/nanostructure de la surface sous l’action d’un stimulus externe pour influer sur certaines propriétés comme l’adhésion ou le mouillage.
S’écartant très significativement de ces travaux, notre projet décrit une nouvelle approche pour la préparation de surfaces biomimétiques stimulables. Cette approche associe matériaux stimulables (ou “smart materials”) et une technique de soft lithography appelée “replica molding”.
Les matériaux stimulables sont des matériaux qui répondent par un changement de taille et/ou de forme sous l’effet d’un stimulus externe. Les polymères jouent un rôle majeur dans le domaine des matériaux stimulables, souvent appelés actuateurs ou muscles artificiels, et en particulier les élastomères cristaux liquides.
Les élastomères cristaux liquides sont des modèles très intéressants de muscles artificiels car ils peuvent, dans certaines conditions, se contracter réversiblement jusqu’à 500 % sous l’action de stimuli externes, thermique ou photochimique par exemple.
D’autre part, la technique de soft lithography appelée replica molding a été développée récemment dans le groupe de Whitesides aux USA. Schématiquement, cette technique consiste à enduire la surface dont on veut dupliquer le relief (micro/nanostructure) avec un prépolymère liquide de PDMS. Ce précurseur se transforme progressivement en élastomère solide, ceci sans retrait. Le moulage est donc parfait.
L’élastomère en PDMS a aussi comme propriété particulière de ne pas adhérer aux surfaces solide. Le moule formé pourra donc être pelé de la surface mère, créant une réplique dupliquant le micro/nanorelief de cette surface. Cette technique, initialement utilisée sur des surfaces inorganique dures, peut également servir à dupliquer la surface d’autres matériaux , en particulier d’origine biologique, comme la surface de feuille de lotus ou d’aile de papillon.
La combinaison des deux domaines pourra donner des surfaces biomimétiques stimulables en élastomères cristaux liquides.
Pour atteindre cet objectif, le projet s’appuiera sur l’expertise apportée par chacun des trois partenaires dans les domaines suivants: (i) le design moléculaire et la synthèse de monomères cristaux liquides, d’agents réticulants et des élastomères cristaux liquides correspondants; (ii) la préparation des moules en PDMS à partir de surfaces d’origine biologique choisies judicieusement; (iii) la caractérisation structurale des surfaces stimulables par MEB environnemental; (iiii) l’étude des propriétés physiques des surfaces filles stimulables et de leur évolution sous l’action de stimuli externes.
Les trois partenaires associés pour mener à bien ce projet ont déjà établi antérieurement des collaborations fructueuses, concrétisées par des publications communes.