Coller autrement

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Sylvain Gilat
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11/12/2013

Publiée aujourd’hui en ligne sur le site de Nature, cette invention propose un tout nouveau principe de collage qui s’applique de façon impressionnante aux tissus biologiques. Grâce à sa facilité, la méthode pourrait ouvrir des perspectives inattendues en chirurgie.

L’innovation... là où on ne l’attend plus

C’est dans un domaine largement exploré, celui des colles et de l’adhésion, que Ludwik Leibler, Alba Marcellan et leurs collègues viennent d’ouvrir des perspectives entièrement nouvelles.

Avec les Superglues®, les colles néoprènes et même les Post-It®, le grand public est familier des phénomènes d’adhésion. Mais aussi de la difficulté à coller des surfaces molles, rugueuses ou humides. L’utilisation de solvants, qui dissolvent les surfaces à coller et sont nocifs pour la santé et l’environnement, est aussi un handicap majeur des colles actuelles.


De gauche à droite : Alexandre Prévoteau (ESPCI/UPMC), Dominique Hourdet (ESPCI/UPMC), Alba Marcellan (ESPCI/UPMC), Ludwik Leibler (ESPCI/CNRS), Séverine Rose (ESPCI/UPMC) et (en insert) Paul Elzière (ESPCI). Crédits : Cyril Frésillon/CNRS.

La solution originale inventée par Ludwik Leibler, Alba Marcellan et leurs collègues est à la fois déconcertante de simplicité et redoutable d’efficacité : elle met en œuvre des solutions aqueuses ou organiques de nanoparticules (silice, nanotubes, nanocristaux de cellulose, etc.) comme liant. Les résultats sont spectaculaires : l’adhésion est presque instantanée et remarquablement robuste, comme le montre cette vidéo :

MPEG4 - 25.2 Mo
Vidéo des résultats expérimentaux

Cette méthode permet de coller toutes sortes de surfaces molles, de tissus biologiques et de gels chimiquement et mécaniquement dépareillés. Elle confère à la jointure des propriétés tout à fait singulières, comme une grande résistance aux larges déformations et aux milieux humides, notamment le milieu physiologique. L’intégrité mécanique du matériau ainsi que sa perméabilité sont aussi restaurées.

L’avancée conceptuelle a consisté à tirer parti du phénomène d’adsorption plutôt que du phénomène d’adhésion (i.e. polymérisation, transports de polymères en surface, etc.). L’adsorption des chaînes de polymères sur les nanoparticules est particulièrement efficace car les points d’attache sont multiples et leur dynamique d’échange est rapide : un monomère qui se détache est immédiatement remplacé par un autre, membre d’un brin adjacent. Ce sont ces processus d’échange, plutôt que la rupture des chaînes de polymères, qui permettent de dissiper l’énergie de déformation et de résister à une forte contrainte. Le mécanisme est analogue à celui en action dans les vitrimères inventés au laboratoire Matière molle et chimie il y a deux ans (nouvelle classe de matériaux qui possède des propriétés totalement inédites : légers et incassables comme des plastiques, ils sont façonnables et recyclables comme du verre).

Un potentiel certain d’applications

La matière molle est un terme générique qui décrit tout un éventail de matériaux de la vie quotidienne, qu’ils soient inanimés (gels, pâtes, revêtements, etc.) ou vivants : peau, tissus et organes.

Les applications industrielles de cette invention sont donc larges et multiples dans le domaine des matériaux : revêtements, gels d’absorption, matériaux de protection, parures, décoration, etc.

Mais c’est en médecine et dans le domaine des biotechnologies que les applications font le plus rêver. La simplicité et la rapidité de la méthode, ainsi que sa polyvalence sont des atouts majeurs qui pourraient favoriser son adoption par la communauté médicale pour ce qui pourrait au final devenir "la colle du vivant".

Les leviers de l’invention

Lauréat de la médaille de l’innovation 2013 du CNRS, Ludwik Leibler continue à s’affirmer comme le Monsieur Think Different de la science française, en faisant des contributions originales dans des domaines déjà largement explorés, simplement en pensant le problème différemment. Un véritable tour-de-force intellectuel.

Cette capacité d’invention n’a pas pour origine un accès privilégié à une instrumentation pointue et onéreuse ; elle ne découle pas non plus de l’exploration d’un domaine scientifique récemment découvert et encore en friche. Elle est le produit original d’une autre façon de penser les besoins technologiques contemporains, augmentée d’un dialogue constant avec des scientifiques au savoir-faire expérimental hors-pair.

Enfin, cette invention est aussi remarquable par sa simplicité : pourquoi n’a-t-elle pas été faite plus tôt ?

De fait, l’ensemble de ces travaux a été réalisé à l’ESPCI ParisTech ; ils sont le fruit d’une collaboration transversale entre deux laboratoires du campus, tous deux associés au CNRS ; trois doctorants de l’ESPCI et de l’UPMC ont activement participé à leur mise en œuvre. Outre l’ingéniosité nécessaire des scientifiques, l’environnement a donc joué un rôle déterminant.

Cette invention est de surcroît le fruit d’une démarche trans-disciplinaire, marque de fabrique de l’ESPCI ParisTech : les scientifiques ont conjugué leurs savoir et savoir-faire dans les domaines de la physique de l’adsorption des polymères et de la chimie de la matière molle.

Connue pour attirer les grands esprits scientifiques novateurs (parmi lesquels figurent déjà plusieurs lauréats du prix Nobel), l’ESPCI ParisTech offre à ses chercheurs une grande autonomie, au sein d’un environnement trans-disciplinaire, doté d’une forte culture d’innovation et irrigué par un vivier de jeunes diplômés très bien formés. L’invention décrite ici est un nouvel exemple de la pertinence et de la fécondité de ce modèle.

Réinventer l’environnement durable

Réparer, reformer, cicatriser, etc. : les recherches de Ludwik Leibler et de ses collègues, partant d’un concept théorique, concourent finalement à augmenter la durabilité des matériaux et à réhabiliter les objets qui ont perdu leur fonction. Au-delà des discours, cette invention montre de manière éclatante que les scientifiques jouissent du privilège de pouvoir agir concrètement pour rendre notre environnement plus durable, un argument auquel les jeunes générations se montrent de plus en plus sensibles.

> Pour aller plus loin :
- la référence de l’article :
Nanoparticle solutions as adhesives for gels and biological tissues
Séverine Rose, Alexandre Prevoteau, Paul Elzière, Dominique Hourdet, Alba Marcellan & Ludwik Leibler, Nature, publication en ligne le 11 décembre 2013 ; doi:10.1038/nature12806
- le lien vers la video
- le lien vers les photos (crédits : Cyril Frésillon / CNRS)
- Ludwik Leibler, lauréat de la Médaille de l’Innovation 2013
- Ludwik Leibler, Grand Prix 2012 de la Fondation de la Maison de la Chimie
- les vitrimères : Découverte : un nouveau matériau révolutionnaire façonnable à chaud comme du verre
- les autres publications des chercheurs de l’ESPCI ParisTech dans Science & Nature
- le site du laboratoire Matière molle & chimie, UMR 7167 CNRS / ESPCI ParisTech
- le site du laboratoire Sciences & ingénierie de la matière molle, SIMM (ex-Physico-chimie des polymères et des milieux dispersés, PPMD), UMR 7615 CNRS / ESPCI ParisTech / UPMC

Couverture presse (sÉlection)

- Une méthode révolutionnaire pour coller les gels et même les tissus biologiques, communiqué de presse commun CNRS / ESPCI ParisTech / UPMC en français
- Revolutionary method for gluing gels and biological tissues, communiqué de presse commun CNRS / ESPCI ParisTech / UPMC en anglais
- Superkleber schweißt sogar Leberstücke zusammen (Die Welt)
- El pegamento perfecto para unir tejidos (abs.es)
- Nanoglue attaches tissues to each other (Science News)
- Une colle pour réparer des organes ? (L’Usine Nouvelle)
- Revolutionary nanotechnology method for gluing gels - and biological tissues (NanoWerk)
- Nano-Partikel : Quarzsand macht Kleber zu Superkleber (Spiegel Online)
- Researchers discover easy-to-use method for bonding gels and biological tissues (News Medical)
- Forscher entwickeln Superkleber aus Quarzsand (Hamburger Abendblatt)
- Klein klebt besser (pro-physik.de)
- New method efficiently and easily bonds gels and biological tissues (R&D Magazine)
- Revolutionary method for gluing gels and biological tissues (phys.org)
- Un ’superglue’ capaz de pegar tejidos humanos (El Mundo)
- Researchers learn easy-to-use process for fastening gels and biological tissues (Health Medicine Networks)
- Revolutionary Method for Gluing Gels and Biological Tissues (Science Daily)
- 二氧化矽顆粒可以修復並幫助器官再生 (bioforum.tw)
- Une méthode efficace pour coller gels et tissus biologiques (Techno-science.net)
- Här lyckas de limma ihop ett organ (nytecknik)
- Salute : soluzione che ’incolla’ fegato sfruttando nanoparticelle (Agi Agenzia Italia)
- Revolutionary Method for Gluing Gels and Biological Tissues (Medical Design Technology)
- Descubierto un método revolucionario para pegar geles y tejidos biológicos (Gran Canaria Actualidad)
- Nanopartikel Silika Solusi Lem Jaringan Biologi (laporanpenelitian.com)
- Une méthode révolutionnaire pour coller les gels et les tissus biologiques (up-magazine.info)
- 겔과 생물학적 조직들을 결합시킬 수 있는 혁신적인 나노기술 (Mirian)
- Des nanoparticules pour coller des gels (Pour la Science)
- Une technique révolutionnaire pour recoller la peau (La Croix)
- שיטה מהפכנית להדבקת רקמות ביולוגיות (hayadan.org.il)
- Kleber aus feinstem Quarzsand (Weser Kurier)
- Discovered a revolutionary method to paste gels and biological tissues (Ultra Future World)
- Revolutionary method for gluing gels and tissues (Iran Daily)
- Rewolucyjna metoda klejenia żelów i tkanek (Institut français de Pologne)
- Colle à gels (Universcience)
- El pegamento perfecto para unir tejidos (madri+d)
- New research to open up regenerative applications (Cosmetics design)
- Cicatrisation : le fabuleux pouvoir des… nanoparticules (Destination Santé, LaDepeche.fr, Le Télégramme)
- Nanoparticle Glue for Polymer Hydrogels and Soft Tissues (Polymer Solutions)
- Nanoglue for Gels and Tissues (Chemical & Engineering News)
- Des nanoparticules pour réparer les blessures (Midi Libre, Futura Santé, etc.)
- Quand un ver marin inspire les chirurgiens (Le Monde)
- Move over, polymers—silica nanoparticles may be the new adhesive for hydrogels and tissues (The American Ceramic Society)
- Um método revolucionário para colar géis e tecidos biológicos (Laboratório de Química do Estado Sólido)
- Gewebe und Gele : Kleben mit Nanopartikeln (Wissenschaft Aktuell)
- 細胞組織を成長させるために (blog de M. Murai)
- 나노입자 용액을 이용한 젤과 생체 조직의 접착 기술 (News and Information for Chemical Engineers - NICE)
- Nanoteilchen kleben Gele und Organe (Spektrum.de)
- 프랑스 연구진은 겔과 생물학적 조직들을 접합시킬 수 있는 혁신적인 나노기술을 개발했다 (Chemical Engineering and Materials Research Information Center)
- ِغ َراء جسيمات نانويّــة يجعل ال ُهلام ّيات تلتصق (Publications du Roi Abdul Aziz pour la science et la technologie)
- Top 10 developments in nanodermatology in 2013 (nanowerk)
- Une solution de nanoparticules pour coller des gels, voire des tissus biologiques (Bulletins électroniques France)

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