Les tissus et la chimie du calmar s'associent pour créer des hydrogels polyvalents

Des chercheurs de l'université d'Hokkaido, au Japon, ont combiné des tissus naturels de calmar avec des polymères synthétiques pour mettre au point un hydrogel solide et polyvalent qui imite bon nombre des propriétés uniques des tissus biologiques. Les hydrogels sont des réseaux de polymères contenant de grandes quantités d'eau. Ils sont étudiés pour de nombreuses utilisations, notamment les prothèses médicales, les composants robotiques souples et les nouveaux systèmes de capteurs.

L'équipe d'Hokkaido présente sa contribution à ce domaine de recherche en pleine évolution dans la revue NPG Asia Materials.

Les tissus biologiques naturels présentent des propriétés uniques essentielles à leurs fonctions, que les chercheurs cherchent à reproduire dans les hydrogels. Les muscles, par exemple, en plus de leur force et de leur flexibilité, ont des propriétés physiques qui varient dans différentes directions et sont construits à partir d'une hiérarchie de structures travaillant ensemble. Les os et les vaisseaux sanguins présentent également ces caractéristiques, appelées anisotropie hiérarchique.

Contrairement aux tissus naturels que les chercheurs souhaitent imiter, la plupart des hydrogels synthétiques ont des propriétés uniformes dans toutes les directions et sont structurellement faibles.

"En combinant les propriétés des tissus dérivés du calmar avec des polymères synthétiques, nous avons démontré une stratégie hybride qui sert de méthode générale pour la préparation d'hydrogels présentant une anisotropie hiérarchique utile et également de la ténacité", explique le spécialiste des polymères Tasuku Nakajima de l'équipe de l'université d'Hokkaido.

Le processus de fabrication commence avec du manteau de calmar congelé disponible dans le commerce - la principale partie extérieure d'un calmar. Chez le calmar vivant, le manteau se dilate pour faire entrer l'eau dans le corps, puis se contracte fortement pour projeter l'eau vers l'extérieur sous forme de jet. Cette capacité dépend des muscles anisotropes du tissu conjonctif du calmar. Les chercheurs ont tiré parti des arrangements moléculaires de ce système naturel pour construire leur gel bio-mimétique.

Le traitement chimique et thermique de fines tranches de tissu de calmar décongelé mélangées à des molécules de polymère polyacrylamide a permis la formation de l'hydrogel hybride réticulé. Il présente ce que l'on appelle une structure à double réseau, le réseau de polymères synthétiques étant intégré et lié au réseau plus naturel de fibres musculaires provenant du manteau de calmar.

"Le gel DN que nous avons synthétisé est beaucoup plus résistant et élastique que le manteau naturel de calmar", explique le professeur Jian Ping Gong, qui a dirigé l'équipe. "La structure composite unique rend également le matériau impressionnant de résistance à la fracture, quatre fois plus résistant que le matériau original."

Les travaux actuels de preuve de concept ne devraient être que le début de l'exploration de nombreux autres hydrogels hybrides qui pourraient exploiter les propriétés uniques d'autres systèmes naturels. Les méduses ont déjà été utilisées comme source de matériau pour des hydrogels plus simples à réseau unique, et constituent donc un choix suivant évident pour explorer les options hybrides à double réseau.

"Les applications possibles comprennent les tissus fibreux artificiels porteurs, tels que les ligaments et les tendons artificiels, à des fins médicales", explique M. Gong. L'équipe poursuivra ses travaux en explorant la biocompatibilité des gels et en étudiant les possibilités de fabriquer une gamme de gels adaptés à différents usages.