Les films extensibles et les gels spongieux contribuent à faire de l'électronique portable, de la robotique douce et des tissus biocompatibles une réalité. Mais une force trop importante peut provoquer la rupture de ces polymères sans avertissement. Pour détecter le stress avant qu'il ne soit trop tard, des chercheurs, dans le Journal of the American Chemical Society, montrent qu'ils ont conçu un composé doté d'"ailes" qui fait changer de couleur ces matériaux lorsqu'ils sont étirés ou écrasés.
Les films plastiques et les gels polymères - des réseaux mous en 3D remplis de liquides - peuvent être pliables, étirables ou compressibles. Et si la plupart des films polymères ne se désagrègent que lorsqu'ils sont tirés trop loin, de nombreux gels ne sont pas très solides et se fissurent sous une pression relativement faible. Pourtant, il n'existe aucun moyen de prédire la résistance du matériau spongieux.
Lors de recherches antérieures, Shohei Saito et ses collègues ont mis au point des molécules en forme de V, appelées sondes de force FLAP (flapping molecular). Les FLAP ont deux structures latérales ressemblant à des ailes qui s'aplatissent sous la pression, provoquant un changement de couleur de la fluorescence bleue à la fluorescence verte. Cette sonde a fonctionné comme prévu lorsqu'elle a été incorporée dans un film de polyuréthane, mais lorsqu'elle a été ajoutée à un gel polymère imbibé de liquide, le composé est devenu spontanément vert fluorescent sans aucune force externe. Saito et Takuya Yamakado ont donc entrepris d'améliorer la molécule FLAP afin qu'elle puisse détecter avec précision les contraintes mécaniques dans un gel polymère et dans un film.
Les chercheurs ont modifié leur version précédente en remplaçant les deux ailes d'anthracèneimide par des ailes de pyrèneimide, les attachant aux côtés opposés de la même articulation centrale flexible du cyclooctatétraène. Lorsqu'ils ont ajouté la sonde dans un film polymère et étiré le matériau, sa fluorescence est passée fortement du bleu au vert. Elle a également produit un changement de couleur visible à l'œil nu.
Ensuite, les chercheurs ont incorporé la nouvelle sonde FLAP dans un gel de polyuréthane imbibé d'un solvant organique, créant ainsi un cylindre jaune qui émet une fluorescence bleue, puis ils ont comprimé le matériau. La fluorescence du cylindre est devenue nettement plus verte au fur et à mesure que la pression était exercée. Dans leur test final, les chercheurs ont placé des lettres métalliques F-L-A-P sur un bloc rectangulaire du gel. Ils ont utilisé des cartes du rapport entre la fluorescence verte et bleue pour calculer la pression exercée par chaque lettre sur le gel situé en dessous, qui allait de 0 à 1 MPa. Selon les chercheurs, cette étude pourrait les aider à développer des matériaux de gel plus résistants et des sondes de tension à l'échelle nanométrique pour les membranes cellulaires.
Les auteurs remercient l'Agence japonaise pour la science et la technologie pour sa subvention PRESTO (FRONTIER), l'Agence japonaise pour la science et la technologie pour sa subvention FOREST, la Société japonaise pour la promotion de la science pour sa subvention KAKENHI, la Société japonaise pour la promotion de la science pour sa bourse, la Fondation Inoue pour la science et la Fondation scientifique Toray.
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