À l’Université de Californie à San Diego, des bioingénieurs ont développé un hydrogel auto-cicatrisant, qui s’assemble en quelques secondes, aussi facilement que du Velcro, jusqu’à former une liaison assez forte pour résister à un étirement répété.
Le matériau développé a de nombreuses applications potentielles, telles que : des sutures médicales, l’administration ciblée de médicaments, en tant que produit d’étanchéité industriel, ou encore des plastiques auto-réparateurs. Les chercheurs de l’équipe de l’UC de San Diego ont été publiés le 5 mars, dans la revue en ligne « Early Edition of the Proceedings » de l’Académie Nationale des Sciences.
Les hydrogels sont constitués de chaînes liées de molécules polymères qui forment un système flexible, similaire à un tissu gélatineux mou. Jusqu’à présent, les chercheurs avaient été incapables de développer des hydrogels pouvant rapidement se ré-assembler après avoir été découpé, ce qui limitait leurs applications potentielles.
L’équipe, dirigée par la professeure Shyni Varghese, a surmonté ce défi en utilisant une molécule d’une « chaîne latérale suspendue » (dangling side chain), qui s’étend comme les doigts d’une main depuis la structure originale du réseau d’hydrogel, afin de lui permettre d’en saisir une autre.
« L’auto-guérison est l’une des propriétés les plus fondamentales des tissus vivants leur permettant de subir des dommages répétés », explique Varghese. « En tant que bioingénieurs, une question nous est apparue régulièrement, quant à savoir si nous pouvions imiter l’auto-réparation dans les tissus synthétiques, avec des matériaux tels que l’hydrogel. Les avantages, avec un tel matériau aqueux se réparant de lui-même, seraient énormes dans la médecine et l’ingénierie ».
Pour concevoir les molécules de la chaîne latérale de l’hydrogel permettant une guérison rapide, Varghese et ses collaborateurs ont effectué des simulations informatiques du réseau hydrogel. Elles ont révélé que sa capacité à s’auto-réparer dépend essentiellement de la longueur des chaînes latérales des molécules, ou de ses extensions, et que les hydrogels, ayant une longueur optimale de molécules à chaîne latérale, montraient une plus importante auto-guérison.
Lorsque deux pièces cylindriques de gels contenant ces « doigts » optimisés étaient placés ensemble dans une solution acide, ils se collaient instantanément. Le laboratoire de Varghese a constaté en outre qu’en ajustant simplement les niveaux de pH vers le haut ou le bas, soit les pièces se soudaient (pH bas), soit elles se séparaient très facilement (pH élevé). Le processus a été répété à de nombreuses reprises sans aucune réduction de la résistance de la soudure.
Ameya Phadke, un doctorant en quatrième année du labo de Varghese, a dit que la force et la flexibilité de l’hydrogel dans un environnement acide – similaire à celui de l’estomac -, sont idéaux comme adhésif pour guérir de perforations gastriques ou pour faire agir des médicaments contre l’ulcère d’une façon contrôlée.
Un matériau avec un tel pouvoir de guérison pourrait également, selon Varghese, être utile dans les domaines de la conservation de l’énergie et le recyclage, pouvant contribuer à réduire les déchets industriels et des consommateurs. De plus, la rapidité de son auto-cicatrisation en réponse à un milieu acide, rend ce matériau prometteur pour « candidater » dans le travail du colmatage des fuites de produits corrosifs.
Dans le but de tester cette théorie, le laboratoire a découpé un trou dans le fond d’un récipient en plastique. Le produit a résorbé le trou et a démontré qu’il empêchait toute fuite d’acide.
Prochainement, Verghese et son laboratoire espèrent tester le matériel dans ses applications envisagées à plus grande échelle. L’équipe espère également concevoir d’autres variétés d’hydrogels qui se ré-assemblent avec différentes valeurs de pH, étendant ainsi les applications au-delà de la simple condition acide.
Explications en vidéo (Anglais)
Crédits photos : Joshua Knoff, UC San Diego Jacobs, École d’ingénierie.
Citations : EurekAlert
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