Etude de l'autoréparation d'élastomères supramoléculaires

National audienceDes travaux récents ont permis de développer un nouveau type d'élastomère constitué d'un réseau de molécules associées entre elles via des liaisons hydrogènes faibles et réversibles. Cet élastomère supramoléculaire présente un pouvoir autoréparant remarquable : les surfaces formées par pressage ou moulage sont peu autoadhésives ; en revanche, une pièce rompue peut retrouver ses propriétés mécaniques d'origine en mettant simplement en contact les surfaces de fracture. Nous montrons ici au moyen d'une expérience de type « tack » que l'autoréparation de surfaces de fracture et l'autoadhésion de surfaces mises en forme mettent en jeu des mécanismes distincts impliquant des énergies d'adhésion et des échelles de temps très différentes. En particulier, des traitements thermiques révèlent que la désactivation de ce pouvoir autoréparant est fortement accélérée par un recuit des surfaces endommagées. Ces résultats suggèrent l'existence de mécanismes de reconstruction des surfaces gouvernés par la mobilité moléculaire

Étude de l'auto-réparation d'élastomères supramoléculaires

Co-encadrement de la thèse : Laurent CorteIn the last thirty year, an active research has been devoted to the design of selfhealing materials that are able to sense damage and respond autonomously in order to restore their original properties. For this work, we have studied the remarkable self-healing of supramolecular elastomers formed by a network of oligomers associated through weak and reversible hydrogen bonds. An experimental approach has been developed to characterize quantitatively the adhesion between two elastomer surfaces and more precisely to compare the self-adhesion of aged surfaces close to thermal equilibrium to the self-healing of out-ofequilibrium fracture surfaces. Over a wide range of contact times from 1s to 17h, we find that the separation of fracture surfaces that were brought back into contact requires an energy almost one order of magnitude larger than for aged surfaces. Combining these experiments to thermal treatments, we could verify that annealing fracture surfaces prior to contact greatly accelerate the loss of their self-healing power. These results strongly suggest that such a deactivation is governed by the reconstruction process of out-of-equilibrium surfaces and not by some contamination phenomenon. More generally, measuring the intensity and kinetics of healing and deactivation processes provides new data to better understand the molecular mechanisms at stake in the self-healing of these materials. In a last part, our approach has been applied to the characterization of self-adhesion of hybrid epoxy networks combining covalent cross-links and supramolecular bonds.Une recherche active se consacre depuis trente ans au développement de matériaux auto-réparants capables de sentir un dommage et d'y répondre de façon autonome afin de restaurer leurs propriétés d'origine. Nous nous sommes intéressés à l'auto-réparation remarquable d'élastomères supramoléculaires formés par un réseau d'oligomères associés via des liaisons hydrogènes faibles et réversibles. Pour cela, une approche expérimentale a été mise au point afin de caractériser quantitativement l'adhésion entre deux surfaces d'élastomère et notamment de comparer l'auto-adhésion de surfaces vieillies proches de l'équilibre thermodynamique et l'auto-réparation de surfaces de fracture hors-équilibres. Sur une large plage de temps de contact allant de 1s à 17h, nous trouvons que la séparation de surfaces de fracture remises en contact requiert une énergie de près d'un ordre de grandeur supérieure à celle pour des surfaces vieillies. En combinant ces essais à des traitements thermiques, nous avons vérifié qu'un recuit des surfaces de fracture accélère la perte de leur pouvoir autoréparant. Ces résultats suggèrent fortement que cette désactivation est gouvernée par les mécanismes de reconstruction des surfaces hors-équilibre et que la contamination n'intervient pas significativement. Plus généralement, la mesure des intensités et cinétiques de réparation et de désactivation apportent des éléments nouveaux pour comprendre les mécanismes moléculaires en jeu dans l'auto-réparation de ces matériaux. Dans une dernière partie, notre approche a été utilisée pour caractériser l'auto-adhésion de réseaux époxy hybrides combinant réticulation covalente et liaisons supramoléculaires

Étude de l'auto-réparation d'élastomères supramoléculaires

Une recherche active se consacre depuis trente ans au développement de matériaux auto-réparants capables de sentir un dommage et d'y répondre de façon autonome afin de restaurer leurs propriétés d'origine. Nous nous sommes intéressés à l'auto-réparation remarquable d'élastomères supramoléculaires formés par un réseau d'oligomères associés via des liaisons hydrogènes faibles et réversibles. Pour cela, une approche expérimentale a été mise au point afin de caractériser quantitativement l'adhésion entre deux surfaces d'élastomère et notamment de comparer l'auto-adhésion de surfaces vieillies proches de l'équilibre thermodynamique et l'auto-réparation de surfaces de fracture hors-équilibres. Sur une large plage de temps de contact allant de 1s à 17h, nous trouvons que la séparation de surfaces de fracture remises en contact requiert une énergie de près d'un ordre de grandeur supérieure à celle pour des surfaces vieillies. En combinant ces essais à des traitements thermiques, nous avons vérifié qu'un recuit des surfaces de fracture accélère la perte de leur pouvoir autoréparant. Ces résultats suggèrent fortement que cette désactivation est gouvernée par les mécanismes de reconstruction des surfaces hors-équilibre et que la contamination n'intervient pas significativement. Plus généralement, la mesure des intensités et cinétiques de réparation et de désactivation apportent des éléments nouveaux pour comprendre les mécanismes moléculaires en jeu dans l'auto-réparation de ces matériaux. Dans une dernière partie, notre approche a été utilisée pour caractériser l'auto-adhésion de réseaux époxy hybrides combinant réticulation covalente et liaisons supramoléculaires.In the last thirty year, an active research has been devoted to the design of selfhealing materials that are able to sense damage and respond autonomously in order to restore their original properties. For this work, we have studied the remarkable self-healing of supramolecular elastomers formed by a network of oligomers associated through weak and reversible hydrogen bonds. An experimental approach has been developed to characterize quantitatively the adhesion between two elastomer surfaces and more precisely to compare the self-adhesion of aged surfaces close to thermal equilibrium to the self-healing of out-ofequilibrium fracture surfaces. Over a wide range of contact times from 1s to 17h, we find that the separation of fracture surfaces that were brought back into contact requires an energy almost one order of magnitude larger than for aged surfaces. Combining these experiments to thermal treatments, we could verify that annealing fracture surfaces prior to contact greatly accelerate the loss of their self-healing power. These results strongly suggest that such a deactivation is governed by the reconstruction process of out-of-equilibrium surfaces and not by some contamination phenomenon. More generally, measuring the intensity and kinetics of healing and deactivation processes provides new data to better understand the molecular mechanisms at stake in the self-healing of these materials. In a last part, our approach has been applied to the characterization of self-adhesion of hybrid epoxy networks combining covalent cross-links and supramolecular bonds.PARIS-MINES ParisTech (751062310) / SudocSudocFranceF

The microfluidic puzzle: chip-oriented rapid prototyping

International audienceWe demonstrate a new concept for reconfigurable microfluidic devices from elementary functional units. Our approach suppresses the need for patterning, soft molding and bonding when details on a chip have to be modified. Our system has two parts, a base-platform used as a scaffold and functional modules which are combined by ‘plug-and-play’. To demonstrate that our system sustains typical pressures in microfluidic experiments, we produce droplets of different sizes using T-junction modules with three different designs assembled successively on a 3 × 3 modular scaffold

Activation and deactivation of self-healing in supramolecular rubbers

International audienceA remarkable self-healing property has been achieved recently with rubbers formed by a supramolecular network of oligomers. Here we explore this property through a tack-like experiment where two parts of supramolecular rubber are simply brought into contact and then taken apart. These experiments reveal that the self-adhesive strength of rubber surfaces is significantly enhanced by fracture or other damaging processes. The mechanical energy required to separate two fracture surfaces that were brought back into contact is about one order of magnitude larger than that for surfaces close to thermodynamic equilibrium. Moreover, we find that fracture faces stored apart at room temperature still self-heal after 12 h but that this self-healing can be fully deactivated within a couple of hours by annealing around 90 °C. More generally, these results provide useful quantitative data to investigate the intensity and kinetics of self-healing in these soft rubbers

Determining the molecular drivers of species-specific interferon-stimulated gene product 15 interactions with nairovirus ovarian tumor domain proteases

Tick-borne nairoviruses (order Bunyavirales) encode an ovarian tumor domain protease (OTU) that suppresses the innate immune response by reversing the post-translational modification of proteins by ubiquitin (Ub) and interferon-stimulated gene product 15 (ISG15). Ub is highly conserved across eukaryotes, whereas ISG15 is only present in vertebrates and shows substantial sequence diversity. Prior attempts to address the effect of ISG15 diversity on viral protein-ISG15 interactions have focused on only a single species ISG15 or a limited selection of nairovirus OTUs. To gain a more complete perspective of OTU-ISG15 interactions, we biochemically assessed the relative activities of 14 diverse nairovirus OTUs for 12 species ISG15 and found that ISG15 activity is predominantly restricted to particular nairovirus lineages reflecting, in general, known virus-host associations. To uncover the underlying molecular factors driving OTUs affinity for ISG15, X-ray crystal structures of Kupe virus and Ganjam virus OTUs bound to sheep ISG15 were solved and compared to complexes of Crimean-Congo hemorrhagic fever virus and Erve virus OTUs bound to human and mouse ISG15, respectively. Through mutational and structural analysis seven residues in ISG15 were identified that predominantly influence ISG15 species specificity among nairovirus OTUs. Additionally, OTU residues were identified that influence ISG15 preference, suggesting the potential for viral OTUs to adapt to different host ISG15s. These findings provide a foundation to further develop research methods to trace nairovirus-host relationships and delineate the full impact of ISG15 diversity on nairovirus infection